Badanie dławikowej przetwornicy podwyŝszającej napięcie

Transkrypt

1 LABORATORIUM ZASILANIE URZĄDZEŃ ELETRONICZNYCH Badanie dławikowej przetwornicy podwyŝszającej napięcie Opracował: Tomasz Miłosławski Wymagania, znajomość zagadnień: 1. Budowa, parametry i zasada działania beztransformatorowych impulsowych przetwornic podwyŝszających napięcie typu step-up converter. 2. Funkcje oraz dobór elementów przy projektowaniu zasilaczy impulsowych. 3. Tłumienie zakłóceń w przetwornicach dławikowych. 4. Odprowadzanie ciepła z elementów półprzewodnikowych. Literatura: 1. Tietze U., Schenk C.: Układy półprzewodnikowe. Wyd. III. WNT, Warszawa Horowitz P., Hill W: Sztuka elektroniki, cz.1. Wyd. VII. WKiŁ, Warszawa Borkowski A.: Zasilanie układów elektronicznych. WKiŁ, Warszawa Guziński A.: Liniowe elektroniczne układy analogowe. WNT, Warszawa Banicki B.: Praca dyplomowa magisterska - Analiza i projektowanie zasilaczy impulsowych. ZUT Wydz.Elektryczny, Szczecin Wykłady. 1

2 I. Uproszczony opis zasady działania dławikowej przetwornicy impulsowej podwyŝszającej napięcie Rys.1. Schemat układu przetwornicy podwyŝszającej napięcie [5]. Działanie układu przedstawionego na rys.1. opiera się na dwóch stanach pracy przełącznika S sterowanego ze źródła u s sygnału prostokątnego klucz tranzystorowy jest zamknięty na czas t on oraz klucz tranzystorowy jest otwarty na czas t off. W stanie gdy klucz tranzystorowy jest zamknięty cewka L gromadzi energię, a kondensator C rozładowuje się oddając energię do obciąŝenia. Rys.2. Schemat układu przetwornicy w czasie zamknięcia przełącznika na czas t on [5]. W stanie gdy klucz tranzystorowy jest otwarty, energia zgromadzona w cewce L przekazywana jest przed diodę D do kondensatora C i obciąŝenia. Rys.3. Schemat układu przetwornicy w czasie otwarcia przełącznika na czas t off [5]. 2

3 Rys.4. Przebiegi napięć i prądów w dławikowej przetwornicy podwyŝszającej napięcie [5]. 3

4 II. Opis badanego układu Na rys.5 został przedstawiony schemat badanego układu dławikowej przetwornicy podwyŝszającej napięcie. Za pomocą przełącznika S1 moŝna dokonać wyboru dławika o dwóch róŝnych indukcyjnościach odpowiednio L1 = 0.15mH/1.5A i L2 = 0.47mH/2A, a przełącznikami S5, S6 i S7 przyłączać kondensatory C1=4700µF/40V, C2 = 4700µF/40V oraz C3 = 2200µF/35V low ESR. Rys.5 Schemat badanego układu [5]. W badanym układzie moŝna pomierzyć prądy płynące przed dławik L1 lub L2 i L, przez diodę i D oraz pomiar prąd klucza tranzystorowego i S. Pomiar prądu odbywa się przez włączenie w poszczególne miejsca układu niskoomowych rezystorów R1, R2, R3 (1Ω/1W) i pomiar na nich spadków napięć. Pomiar napięcia moŝna wykonać za pomocą oscyloskopu jednokanałowego lub w sposób róŝnicowy za pomocą oscyloskopu dwukanałowego w układzie przedstawionym na rys.6. Rys.6. Sposób podłączenia oscyloskopu do pomiaru róŝnicowego napięcia [5]. NaleŜy zwrócić uwagę, aby przy pomiarze jednokanałowym do oscyloskopu nie był podłączony Ŝaden inny obwód, gdyŝ moŝe to spowodować zwarcie przez masę oscyloskopu. 4

5 Podłączenie rezystorów pomiarowych odbywa się za pomocą przełączników S2, S3 i S4. Miejsce podłączenia przewodów pomiarowych i rozkład przełączników widoczny jest na rys.7 przedstawiającym panel czołowy obudowy badanego układu. Rys.7. Widok panelu czołowego badanego układu przetwornicy podwyŝszającej napięcie [5]. III. Przebieg ćwiczenia W ćwiczeniu badana jest dławikowa impulsowa przetwornica podwyŝszająca napięcie (ang. step-up converter). Celem ćwiczenia jest: - analiza zasady działania przetwornicy, - zbadanie wpływu pojemności kondensatora wyjściowego na napięcie tętnień, - wyznaczenie rezystancji krytycznej obciąŝenia, - wyznaczenie charakterystyki sprawności przetwornicy w funkcji zmian współczynnika wypełnienia. Do sterowania przetwornicą naleŝy uŝyć generatora sygnału prostokątnego z regulacją wypełnienia i amplitudzie równej ok. 7-8V względem masy układu. W trakcie badania układu naleŝy zwrócić uwagę aby maksymalne napięcie wyjściowe przetwornicy nie wzrosło powyŝej wartości 30V. Pomiar prądu wejściowego i wyjściowego realizowany jest przez włączenie szeregowe amperomierzy prądu stałego w obwód zasilania i obwód obciąŝenia. Jako obciąŝenie przetwornicy naleŝy zastosować suwakowy rezystor drutowy o rezystancji 250Ω. 5

6 1. Przy zasilaniu napięciem wejściowym 15V, obciąŝeniu 100Ω zaobserwować przebiegi i wartości prądów i napięć w badanym układzie podczas zmiany współczynnika wypełnienia i częstotliwości sygnału sterującego przy zadanej pojemności kondensatora wyjściowego i indukcyjności dławika. 2. Zbadać wpływ pojemności kondensatora wyjściowego na napięcie tętnień przetwornicy dla następujących kombinacji podłączenia: - C1, - C1 i C2, - C3. 3. Dla trzech wybranych wartości współczynnika wypełnienia i zadanej częstotliwości sygnału sterującego wyznaczyć wartość rezystancji krytycznej obciąŝenia badanego układu. 4. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów wyznaczyć charakterystykę sprawności w funkcji zmian współczynnika wypełnienia sygnału sterującego. 5. Przeanalizować i opisać zaobserwowane przebiegi prądów i napięć w stanie włączenia i wyłączenia klucza tranzystorowego. 6