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Nanyang Technological University
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DC/DC 降圧コンバーター

概要

ソース: アリ バッツィ、電気工学科大学コネチカット州ストーズ、ct 検査

それは AC 電圧および電流トランスフォーマーを使用して上下の手順に単純ですが、効率的な規制方法に DC 電圧と電流の上下をステップ スイッチング電力変換回路が必要です。DC/DC 降圧型コンバーター チョップ シリーズの入力スイッチを使用して入力直流電圧とみじん切りの電圧、平均出力電圧 L C 低域通過フィルターでろ過します。ダイオードは、インダクタのスイッチング期間の部分に、スイッチがオフのときは、現在のパスを提供します。出力電圧は入力電圧以下これはします。

この実験の目的は、降圧形コンバーターのさまざまな特性を研究することです。降圧コンバーターの機能は連続伝導モード (CCM) インダクタ電流がゼロ以外の下で観測されます。手動で設定デューティ比とオープン ループ操作が使用されます。入出力関係の近似は観察されます。

原則

リニア ・ レギュレータ (シリーズ ・ シャント) 降圧型の機能を提供できますは、出力・入力電圧比率が非常に低いとき、非常に効率的。電圧ディバイダーを DC 電圧をステップ、しかし、ない規制変動荷重に関連します。降圧コンバーターしたがって、効率的で堅牢な DC 電圧ステップ ダウン機能を提示します。

降圧型コンバーターを作成するために下の図 1 (a) に示す回路を始まることができます。スイッチング周期 (T) の部分 (D) スイッチがオンのときは、出力電圧 (Vo) と (V入力電圧が等しい。期間の部分 (1 D) のスイッチがオフのとき、出力電圧がゼロです。これは (ブラケット < > で表示) の平均は、入力電圧より低い矩形波出力電圧を生成する: < Vo> VoD + Vo(1 D) を = = VD + 0(1-D) VD =

最小限にするために出力電流リップルおよびこうして出力電圧リップルと抵抗負荷、インダクタは、図 1(b) に示すように追加されます。インダクタの問題は、それ維持すること現在のフローのすべての蓄積されたエネルギーが解放されるまでスイッチはオフ、大規模なディ/dt場合はスイッチ間電流が流れにしていますので、です。したがって、自由奔放なダイオードは、図 1(c) に示すように、インダクタ電流パスを提供するために追加されます。インダクタのインダクタンスが非常に低い出力電圧リップルを持つために非常に大きなする必要があり、インダクタのサイズを小さくし、図 1(d) に示すように、負荷時出力クリーンな DC 電圧を供給するコンデンサーを追加必要があります。

Figure 1
図 1。降圧型コンバーターの構築手順

この実験が進むにつれて、平均出力電圧がD、デューティ サイクルが増加するにつれて増加することが表示されます。高いスイッチング周波数、出力電圧リップル電圧の充電以来減るし、コンデンサー放電時は大幅減少スイッチング周波数と短くなります。

手順

この実験は、ある HiRel Systems によって提供される DC-DC コンバーター ボードを利用します。http://www.hirelsystems.com/shop/Power-Pole-Board.html

このコレクションのビデオ ボードの操作についての情報を見つけることができます「HiRel ボード入門」

ここに示す手順は、プロト ボード、パン板やプリント基板に内蔵することができます単純な降圧コンバーター回路に適用されます。

1. ボードのセットアップ

  1. "DIN"コネクタで ± 12 信号電源を接続が「S90」OFF。
  2. PWM コントロール セレクターがオープン ループ位置にあることを確認します。
  3. 出力基板から切断維持対 24 で DC 電源アダプターを設定します。
  4. 負荷抵抗を接続する前に 12 Ω に調整します。
  5. 上の MOSFET、下側のダイオードと BB 磁気ボードを使用して、図 2 に示す回路を構築します。掲示板に表示されるインダクタンス値を記録します。DC-DC コンバーター (電柱) 基板に接続 2 つの端子を持つインダクタを BB 磁気ボードには注意してください。
    1. 「RL」の間で"V2 +"および"com"を接続します。
    2. MOSFET 選択、PWM のスイッチ配列を確認し、その他の設定は、図 2 に示します。

Figure 2
図 2.降圧コンバーター回路

2 デューティ比の調整とスイッチング周波数

  1. 上の MOSFET のソースにゲートの間で差動プローブを接続します。
  2. 「S90」オンにスイッチング信号は、オシロ スコープのスクリーンに表示されます。
    1. 2 つまたは 3 つの期間を確認する信号の時間軸を調整します。
    2. 周波数 100 kHz (10 μ s の期間) を達成するために周波数設定器を調整します。
    3. 50% デューティ比を達成するためにデューティ比ポテンショメータを調整します。

3. 降圧型コンバーター変数入力テスト

  1. 24 V、「V1 +」および「com してください」に選択されている入力 DC 電源アダプターを接続します。
  2. 上の MOSFET のソースにゲートの間で差動プローブを接続します。
    1. 負荷の間で他のプローブに接続します。グランド コネクタが"COM"に接続されていることを確認します。
  3. 波形をキャプチャし、出力電圧平均とゲート-ソース間電圧 (またデューティ比) の時間に測定します。
    1. 入力電流と直流電源の電圧の測定値を記録します。
  4. 21 V、18 V、15 V、入力電圧を調整し、これらの電圧ごとに上記の手順を繰り返します。
  5. DC の供給および調整、出力 24 V を入力を外します。

4. 降圧型コンバーター可変デューティ比のテスト

  1. 上の MOSFET のソースにゲートの間で差動プローブを接続します。
    1. 負荷の間で他のプローブに接続します。グランド コネクタが"COM"に接続されていることを確認します。
  2. 24 V「V1 +」と"COM"の間に設定されている入力の DC アダプターを接続します。
  3. 波形をキャプチャし、出力電圧平均とゲート-ソース間電圧 (またデューティ比) の時間に測定します。
    1. 入力電流と直流電源の電圧の測定値を記録します。
    2. 30% と 70% の間お好みの 3 つのステップのデューティ比を調整します。これら 3 つのデューティ比の各上記の手順を繰り返します。
  4. デューティ比を 50% にリセットします。
  5. DC 電源を外します。

5. 降圧型コンバーターのスイッチング周波テスト

  1. 上の MOSFET のソースにゲートの間で差動プローブを接続します。
  2. 負荷の間で他のプローブに接続します。グランド コネクタが"COM"に接続されていることを確認します。
  3. 「V1 +」および"COM"に DC 電源を接続します。
  4. 波形をキャプチャし、出力電圧平均とゲート-ソース間電圧 (またデューティ比) の時間に測定します。
    1. レコード入力電流と電圧の DC 電源で読み取りを指定します。
    2. 5 kHz から 40 kHz までお好みの 3 つのステップのスイッチング周波数を調整します。これら 3 つのデューティ比の各上記の手順を繰り返します。
  5. 入力 DC 供給および「S90」を切り、その後、回路を逆アセンブル。

結果

降るデューティ ・ サイクルまたはデューティ比Dに関連する理想的な降圧型コンバーターの出力入力電圧の関係。かどうか入力電圧はV出力電圧がV のうち, Vを/V = D、0≤D≤ 100%。したがって、D のための 24 V のうちV≈ 12 V の入力電圧 = 50%、 Vout≈ 7.2 V d d = 30%、うちV≈ 16.8 V = 70%。それにもかかわらず、出力電圧はデューティ比と線形である理想的な関係から予想よりも低くなります、主な理由は、理想的な降圧コンバーターのモデルは不完全性を考慮しないコンバーターで電圧が低下します。

申請書と概要

降圧コンバーター、電子デバイスの充電器バッテリーの充電に必要な優れた電圧レギュレーションを提供彼らの非常に一般的です。再生可能エネルギー アプリケーションのバッテリー システムを供給だけでなく、電源をコンピューター、集積回路、電子回路基板、電源装置に使われます。

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