Digitálisan vezérelt négyzetes feszültségnövelő konverter tervezése

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Stumpf Péter Pál
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

A DC-DC konverterek a legtöbbet alkalmazott konverter típusok. Fontos szerepet töltenek be a legkülönbözőbb eszközökben, kezdve a kisteljesítményű háztartási berendezésektől az elektromos autókon keresztül a megújuló energiaforrások felhasználásáig, azáltal, hogy a feszültségszint hatékony konverzióját teszik lehetővé. Napjainkban nagy figyelmet fordítanak újfajta topológiák kifejlesztésére. Egy ilyen újfajta topológia, a dolgozatban bemutatásra kerülő kvadratikus feszültségnövelő (angol nevén Quadratic Boost) konverter. Ahogy a neve is mutatja, a kvadratikus feszültségnövelő konverter erősítése négyzetesen függ a kitöltési tényezőtől. Ennek az elrendezésnek az erősítése bár megegyezik kettő sorosan kapcsolt Boost konverter erősítésével, azzal az előnnyel rendelkezik, hogy csak egy félvezető kapcsolóra van szükség. Belső áramhurokkal rendelkező kaszkádszabályozással lehetőség nyílik a konverter kimenő feszültségét állandó értéken tartani még akkor is ha a bemeneti feszültség alacsony értékű és széles tartományban változik, mint például üzemanyagcellák és napelemek esetében.

Szakdolgozatom célja a négyzetes feszültségnövelő konverter modellezése, nemlineáris egyenleteinek levezetése a nemideális elemek figyelembevételével, valamint az állapottér modelljéből a szabályozás megtervezéséhez szükséges átviteli függvények meghatározása. A konverter kimeneti feszültsége egy gyors belső áramhurokkal és egy PI szabályzóval van szabályozva. Az algoritmust Matlab/Simulink környezetben teszteltem. A szimulációk segítségével a konverter viselkedését mind folytonos mind diszkrét időben vizsgáltam, az algoritmus mikrovezérlőn lett implementálva.

Az áramkör megvalósításához Eagle fejlesztőkörnyezetben terveztem nyomtatott áramkört, amely tartalmazza a konvertert és a mérésekhez szükséges analóg áramköröket. A kaszkádszabályozás egy külsőleg csatlakoztatott STM32F401RE ARM mikrovezérlőn lett megvalósítva. A mikrovezérlő által mért és számított adatok megjelenítéséhez Matlab környezetben egy grafikus felhasználói felületet készítettem. A nyomtatott áramkör lehetővé teszi mind a négy állapotváltozó mérését, ami által további szabályzó algoritmusok - mint például állapot visszacsatolásos szabályozás - implementálása lehetséges.

A megépített konverteren méréseket végeztem, a konverter hatásfokát számolás és mérés útján is meghatároztam. Végezetül a szimulációs adatokat összehasonlítottam a mérési eredményekkel.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.