출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.
DC/DC 컨버터는 DC 전압과 전류를 특정 수준에서 다른 수준으로 변환하는 전력 전자 컨버터입니다. 일반적으로 전압 변환은 DC/DC 컨버터의 주요 목적이며 단일 컨버터에는 스테핑, 스테핑 및 위또는 아래로 스텝업하는 세 가지 주요 유형의 변환이 존재합니다. 가장 일반적인 스텝업 컨버터 중에는 부스트 컨버터(이 컬렉션 비디오: DC/DC 부스트 컨버터 참조)가 가장 일반적인 스텝다운 컨버터는 벅 컨버터입니다. (이 컬렉션 비디오를 참조하십시오: DC/DC 벅 컨버터.) 벅 부스트 컨버터는 스텝업 및 스텝다운 기능을 모두 수행하는 것이 일반적이며, 플라이백 컨버터는 입력 및 출력 포트 간에 전기 절연이 이루어지는 벅 부스트 컨버터의 특수 유형으로 간주될 수 있습니다. (이 컬렉션 비디오를 참조하십시오: 플라이백 컨버터.)
DC/DC 컨버터 토폴로지는 수많은 기능을 가지고 있으며, 제어, 모델링 및 운영 개선(예: 효율성, 신뢰성, 성능 등)은 지속적인 관심 영역입니다. 이 실험에 발표된 HiRel 파워 폴 보드는 단일 보드에서 부스트, 벅 및 플라이백 컨버터의 성능을 연구하고 분석할 수 있는 매우 유연한 도구를 제공합니다.
이 실험의 목적은 DC/DC 컨버터에 대한 세 가지 실험에서 사용되는 보드인 HiRel 시스템에서 파워 폴 보드의 주요 구성 요소와 기능을 소개하는 것입니다.
HiRel 파워 폴 보드에는 도 1에 레이블이 붙은 5개의 주요 하위 회로 영역이 있습니다. (도1에 표시된 영역은 대략적인 것입니다.) 첫 번째 영역(빨간색)에는 필터 커패시터, 전류 센서 및 DC 전압 소스 또는 부하에 연결할 수 있는 "V1" 및 "COM"이라는 커넥터가 있는 기본 측면이 포함됩니다. 그림 2는 레이블이 부착된 구성 요소가 있는 첫 번째 영역에서 확대/축소를 나타낸다.
두 번째 영역(노란색)에는 필터 커패시터, 전류 센서 및 "V2" 및 "COM"이라는 커넥터가 있는 보조 측이 포함되며, 이는 DC 전압 소스 또는 평면 전력 저항기로 표시된 부하에 연결됩니다. 도 3은 레이블이 부착된 구성 요소가 있는 두 번째 영역에서 확대/축소를 나타낸다. 첫 번째 또는 두 번째 영역을 사용하여 DC 전원 공급 장치(예: DC 전원 공급 장치에 연결할 수 있으며 다른 영역은 부하에 연결됩니다. 두 번째 영역이 소스에 연결되어 있을 때, 부하 저항기는 DC 전압 소스에서 직접 공급되는 것처럼 컨버터의 작동에 영향을 주지 않고 보드에서 납땜되지 않거나 왼쪽으로 갈 수 있습니다.
세 번째 영역(녹색)은 2개의 MOSFET와 2개의 다이오드가 연결된 전신영역입니다. 첫 번째 "다리"에는 상부 MOSFET와 하부 다이오드가 포함되며 두 번째 "다리"에는 상부 다이오드와 하부 MOSFET가 포함됩니다. 상부 MOSFET 및 다이오드의 실제 구성요소는 왼쪽 상단에 있는 도 1의 녹색 사각형에서 동일한 방열판에 장착되며, 하부 MOSFET 및 다이오드는 도 1의 녹색 사각형에서 왼쪽 하단의 동일한 방열판에 장착된다. 해당 영역에 대한 확대/축소 보기는 도 4에 표시됩니다. 다른 작은 녹색 사각형에는 펄스 폭 변조 된 신호와 같은 저전력 스위칭 펄스를 취하고 MOSFET를 켜고 끌 수있는 적절한 전압 수준으로 변환하는 게이트 드라이버가 포함됩니다.
네 번째 영역(파란색)에는 자기 성분이 포함된 딸 보드를 장착할 수 있는 4개의 연결 지점이 있습니다. DC/DC 컨버터 실험을 위해 이 보드와 함께 두 개의 보드가 사용됩니다: 첫 번째 보드는 약 100 μH 인덕터를 포함하는 도 5에 표시된 BB 보드입니다. 두 번째 보드는 도 6에 표시된 플라이백 보드로, R-C-다이오드 스너버 회로와 함께 플라이백 결합 인덕터 또는 변압기를 포함한다. 스너버 회로는 플라이백 컨버터의 작동 모드 중 하나에서 기본 변압기 측의 저장된 에너지에 대한 경로를 제공하는 데 도움이 됩니다.
다섯 번째 영역에는 MOSFET에 스위칭 펄스를 생성하고 과전류 및 과전압 보호를 포함하여 보드에 보호를 제공하는 저전력 전자 장치가 포함됩니다. 별도의 DC 전원 공급 장치는 모든 저전력 회로에 전력을 켜는 "S90"을 스위치 옆에 있는 보드의 왼쪽 하단에 연결되어 고출력 측면(예: 영역 1-4)이 제대로 작동할 수 있도록 합니다. 전원 극 보드에 연결되는 외부 DC 전원 공급 장치와 커넥터는 각각 도 7과 8에 표시됩니다.
그림 1: 5개의 주요 영역이 있는 HiRel 파워 폴 보드를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.
그림 2: 영역 1의 확대/ 축소.
그림 3: 영역 2의 확대.
그림 4: 영역 3의 확대/ 축소.
그림 5: BB 보드.
그림 6: 플라이백 보드.
그림 7: 저전력 전자 장치에 대한 외부 전원 공급 장치입니다.
그림 8: 외부 전원 공급 장치 커넥터.
이 절차는 주로 전원 극 보드의 능력에 초점을 맞추고 위쪽 및 하부 MOSFETs로 스위칭 펄스를 조정
1. 설정
그림 9. 외부 전원 공급 장치 커넥터, 메인 스위치 및 LED 표시기
그림 10. 슬라이더 스위치 배열
2. MOSFET 게이트 펄스를 모니터링하는 측정
그림 11: 게이트 신호 핀.
그림 12: 전형적 관세 주기 조정.
그림 13: 주파수 조정을 위한 전형성계
3. 회로 종료
PWM 펄스는 오실로스코프 화면에서 볼 수 있을 것으로 예상됩니다. 듀티 사이클은 MOSFET 또는 기타 반도체능동 제어 스위치가 켜진 기간을 조정하므로 DC/DC 컨버터의 주요 제어 변수입니다. DC/DC 컨버터의 모든 입력 출력 전압 관계는 일부 컨버터 topologies의 다른 변수와 함께 이 의무 비율의 값에 의존합니다.
구성 요소의 최대 작동 빈도는 구성 요소 유형 및 설계에 따라 다르기 때문에 스위칭 주파수는 구성 요소 선택에 매우 중요합니다. 스위칭 주파수가 높을수록 일반적으로 전압과 전류 잔물결이 작지만 커패시터와 인덕터가 필요합니다.
DC/DC 컨버터는 전자 장치를 충전하고 다른 많은 전자 회로에 전원을 공급하는 데 사용되는 DC 전원 공급 장치에서 매우 일반적입니다. 예를 들어, 모든 모터 드라이브에는 저전력 전자 장치, 보호 회로 및 고출력 게이트 드라이브에 전력을 공급하기 위해 몇 가지 작은 DC 전원 공급 장치가 필요합니다. 컴퓨터 프로세서 및 기타 주변 장치 및 액세서리는 DC 전원 공급 장치에 의해 제공되는 매우 잘 조절된 DC 전압이 필요합니다. 태양광 태양광 패널과 같은 재생 에너지 시스템은 태양광 의 조광 및 주변 온도가 변하기 때문에 패널의 DC 출력 전압을 조절하기 위해 DC/DC 컨버터가 필요합니다. 더 많은 산업, 운송, 군사 및 기타 응용 분야는 고효율, 고성능 및 우수한 규제로 인해 선형 규제 대신 DC/DC 컨버터를 사용합니다.
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