Introduction à la carte Power Pole

Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.

Convertisseurs DC/DC sont les convertisseurs électroniques de puissance qui convertissent des tensions et courants d’un certain niveau à un autre niveau. En général, la conversion de tension est le but principal de convertisseurs DC/DC et trois principaux types de conversion existent dans un seul convertisseur : intensification, descendre et marcher vers le haut ou vers le bas. Parmi les plus courantes convertisseurs Step-Up sont des convertisseurs de Poussée (voir cette vidéo de collections : convertisseur DC/DC), tandis que chez la plupart-common convertisseurs abaisseurs sont des convertisseurs de buck. (Se référer à cette vidéo de collections : DC/DC Buck Converter.) Abaisseur-élévateur convertisseurs sont également fréquents pour exécuter les fonctionnalités des Step-Up et abaisseurs et convertisseurs flyback peuvent être considérés comme des types spéciaux de convertisseurs abaisseur-élévateur où une isolation électrique est réalisée entre les ports d’entrée et de sortie. (Se référer à cette vidéo de collections : convertisseur Flyback.)

Topologies de convertisseur DC/DC sont nombreux, et leur contrôle et modélisation des améliorations opérationnelles (efficacité, fiabilité, performance, etc.) sont des domaines d’intérêt continu. Le jury de poteau électrique HiRel présenté dans cette expérience fournit un outil très flexible pour étudier et analyser les performances du convertisseur boost, buck et flyback, tous sur une seule carte.

L’objectif de cette expérience est d’introduire les principaux composants et fonctionnalités de la carte de pôle de puissance de HiRel systems, qui est le Conseil d’administration utilisé dans trois expériences sur les convertisseurs DC/DC.

Le jury de poteau électrique HiRel a cinq domaines principaux circuit secondaire qui sont marqués dans la Fig. 1. (Les zones marquées en Fig. 1 sont approximatives). La première zone (rouge) y compris le côté primaire qui a des condensateurs de filtrage, un capteur de courant et connecteurs étiquetés « V1 » et « COM » qui peuvent se connecter à une source de tension DC ou charger. La figure 2 montre un zoom dans la première zone d’éléments étiquetés.

Le deuxième domaine (jaune) comprend la partie secondaire, qui a des condensateurs de filtrage, un capteur de courant et connecteurs « V2 » et « COM », qui se connecter à une source de courant continu ou la charge indiquée comme une résistance de puissance planaire. Fig. 3 montre un zoom dans le deuxième domaine avec composants marqués. Soit la première ou la deuxième zone peut être utilisée pour se connecter à une source de courant continu, par exemple alimentation DC, tandis que l’autre se connecte à une charge. Notez que lorsque le deuxième domaine est connecté à une source, la résistance de charge peut être dessoudée de la Commission ou de la gauche sans répercussions sur le fonctionnement du convertisseur, tel qu’il pourrait être directement alimenté par la source de tension DC.

Le troisième secteur (vert) est la zone de puissance-pôle, où les deux MOSFET et deux diodes sont connectés. La première « étape » comprend un MOSFET supérieur et une diode inférieure, tandis que le deuxième « cuisse » comprend une diode supérieure et un inférieur MOSFET. Les composants réels du MOSFET supérieur et diode sont montés sur le même dissipateur de chaleur dans le rectangle vert de Fig. 1 sur le côté supérieur gauche, tandis que la partie inférieure MOSFET et diode sont montés sur le même dissipateur de chaleur sur le côté gauche du bas dans le rectangle vert sur le schéma 1. Une zoom dans la vue sur cette zone est montrée sur la Fig. 4. L’autre petit rectangle vert avec porte de pilotes qui prendre une impulsion commutation de faible puissance, par exemple signal modulé en largeur-impulsion et convertir à la tension appropriée des niveaux qui peuvent transformer les MOSFET sur et en dehors.

Le quatrième domaine (bleu) a quatre points de raccordement où une carte fille qui inclut un composant magnétique peut être montée. Deux planches sont utilisées avec ce Conseil pour les expériences de convertisseur DC/DC : la première board est le BB, illustré à la Fig. 5, qui comprend une inductance de 100 µH approximative ; et la deuxième board est le flyback, illustré à la Fig. 6, qui inclut une inductance flyback couplé ou transformateur ainsi que de son circuit d’amortisseur R-C-Diode. Le circuit amortisseur contribue à fournir un chemin d’accès pour l’énergie accumulée du côté primaire de transformateur dans l’un de la flyback modes de fonctionnement du convertisseur.

Le cinquième domaine inclut des électroniques de faible puissance qui génèrent des impulsions de commutation pour les MOSFETs et assurer la protection de l’Office, notamment la surintensité et protection contre les surtensions. Une alimentation séparée de DC est reliée au bas à gauche de la Commission, à côté de l’interrupteur « S90 » qui met en marche pour tous les circuits de faible puissance afin que le côté haute puissance, c'est-à-dire les zones 1-4, puisse fonctionner correctement. L’alimentation DC externe et son connecteur qui se branche à l’Office de pôle de puissance sont indiqués Fig. 7 et 8, respectivement.

Figure 1 : HiRel puissance pôle Conseil avec cinq principaux domaines S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Zoom dans le secteur de zone 1.

Figure 3 : Zoom dans le secteur de zone 2.

Figure 4 : Zoom dans le secteur de zone 3.

Figure 5 : BB Board.

Figure 6 : Flyback Board.

Figure 7 : Alimentation externe pour l’électronique de faible puissance.

Figure 8 : Connecteur du bloc d’alimentation externe.

Cette procédure se concentre principalement sur la capacité des membres du pôle de puissance pour ajuster la commutation des impulsions à la tige et abaisser les MOSFETs

1. le programme d’installation

1. Connectez l’alimentation externe à la carte du poteau électrique.
2. Tourner sur « S90. »
3. Observer que la LED verte s’allume.
4. Vérifiez l’emplacement des « S90 » et la LED verte à la Fig. 9.
5. Placez le deuxième interrupteur à coulisse dans le tableau de commande bleue sur « int. PWM. Vérifiez l’emplacement du tableau commutateur coulissant dans la Fig.10.
   1. Réglage int. PWM » signifie que l’impulsion de commutation (PWM : modulation de largeur d’impulsion) pour deux MOSFET est générée sur la carte de puissance pôle lui-même.
   2. Ext. PWM » signifie que l’impulsion de commutation à deux MOSFET est générée par une source externe, par exemple le générateur de fonction ou le micro-contrôleur.
6. Placez le premier commutateur coulissant dans le tableau bleu sur « TOP FET. » Qu’un seul signal PWM est générée sur la carte de pôle de puissance, d'entre les MOSFET doit donc être choisi comme le pouls du récepteur. Lorsque vous avez sélectionné un MOSFET, ce MOSFET devrait maintenant pouvoir allumer et éteindre.
   1. TOP FET « sélection signifie que le MOSFET supérieur va recevoir l’impulsion de commutation.
   2. Sélection de BOT FET » signifie que le MOSFET inférieur va recevoir l’impulsion de commutation.

Figure 9 . Connecteur d’alimentation externe, interrupteur et indicateur LED

Figure 10 . Curseur interrupteur tableau

2. les mesures pour surveiller le MOSFET Gate impulsions

1. Tourner sur un oscilloscope.
2. Connecter une sonde régulière de 10 x à 1 canal de l’oscilloscope.
3. Mettre en place l’oscilloscope 1 voie dans DC de couplage pour le PWM offset.
4. Mis en place 1 canal pour être dimensionnée pour une sonde de 10 x.
5. Mettre en place des mesures sur l’oscilloscope pour mesurer la fréquence et le rapport cyclique positive du signal à mesurer sur le canal 1.
6. Accrochez de la sonde mesure sur la broche « PWM » illustrée à la Fig. 10.
7. Branchez le sol de la sonde à la broche « GND » illustrée à la Fig. 10.
8. Sur l’écran de l’oscilloscope, observer un train d’impulsions qui est le PWM signal allant vers le pilote haut-interrupteur porte.
   1. Pour vous assurer que le MOSFET supérieur est de commutation, retirer de la sonde mesure pince et crochet à la broche « Porte » en haut à gauche du MOSFET supérieur illustré à la Fig. 11. Vous devriez observer la même forme d’onde à qui vous avez vu quand la goupille PWM a été être sondée.
   2. Pour vous assurer que le MOSFET inférieur ne commute pas, retirez la pince de mesure de la sonde de la goupille supérieure « Gate » et le placer sur l’axe inférieur de la « Porte » illustré à la Fig. 11. Vous devriez observer zéro tension.
9. Replacer le clip de la sonde sur l’axe « PWM ».
10. Ajuster le rapport cyclique du signal « PWM » en changeant les bouton de potentiomètre, illustré à la Fig. 12. Va dans le sens horaire augmente le facteur d’utilisation de 0 à 100 %, et va dans le sens anti-horaire la diminue.
11. Ajustez la fréquence PWM en tournant vis du potentiomètre illustré à la Fig. 13. Utilisez un petit tournevis pour ajuster sa position.
    1. Observer que le nombre d’impulsions affichée sur l’écran de l’oscilloscope augmente ou diminue car il faut régler le potentiomètre.
12. Répétez la procédure ci-dessus avec la sélection de BOT FET et assurez-vous que la porte basse de MOSFET est maintenant de voir une impulsion de commutation

Figure 11 : Épingles de signal porte.

Figure 12 : Potentiomètre Duty Cycle ajustement.

Figure 13 : Potentiomètre de réglage de la fréquence

3. fermer le circuit

1. Désactiver « S90. »
2. Couper l’alimentation de puissance DC externe.
3. Débranchez les deux côtés de l’oscilloscope.
4. Désactiver l’oscilloscope.

Une impulsion PWM est prévue pour être vu sur l’écran de l’oscilloscope. Le rapport cyclique est une variable de contrôle majeur pour convertisseur DC/DC comme il ajuste la période durant laquelle un MOSFET ou tout autre semi-conducteurs activement commutateur est sur. Toutes les relations de la tension d’entrée-sortie de convertisseurs DC/DC dépendent de la valeur de ce rapport d’obligation, ainsi que d’autres variables dans certaines topologies de convertisseur.

La fréquence de découpage est critique dans la sélection des composants, comme la fréquence des composantes de service maximale varie de la conception et le type de composant. Les fréquences de commutation supérieurs généralement rendement plus faible tension et courantes ondulations mais nécessitent de plus grands condensateurs et inducteurs.

Convertisseurs DC/DC sont très fréquents dans les blocs d’alimentation DC utilisées pour charger l’électronique et pour fournir du courant aux nombreux autres circuits électroniques. Par exemple, n’importe quel lecteur de moteur nécessitera quelques plus petits blocs d’alimentation DC pour alimenter son électronique de faible puissance, protection des circuits et des lecteurs de porte haute puissance. Ordinateurs et autres périphériques et accessoires nécessitent des tensions DC très bien réglementées qui sont fournies par les alimentations DC. Systèmes d’énergie renouvelable, les panneaux photovoltaïques solaires par exemple, exigent des convertisseurs DC/DC pour réguler la tension de sortie DC des panneaux, étant donné que l’irradiation solaire et la température ambiante varient cause variation de tension et les sorties de courant du panneau solaire. Beaucoup plus industriel, transport, militaire et autres applications utilisent des convertisseurs DC/DC au lieu de régulateurs linéaires en raison de leur grande efficacité, haute performance et une excellent règlement.