Kvadratikus feszültségnövelő konverter tervezése
Napjainkban a DC-DC konverterek egyre nagyobb szerepet kapnak, legyen szó akár kisebb elektronikus eszközökről vagy akár nagy teljesítményű berendezésekről. Az egyik leggyakrabban alkalmazott DC-DC konverter a feszültségnövelő, angol elnevezéssel „Boost” konverter. A Boost konverter félvezető kapcsolóját impulzus szélesség modulációval vezérlik és a kitöltési tényező függvényében elméletileg akár végtelen nagy erősítés is elérhető. Ugyanakkor a különböző nemideális hatások következtében legfeljebb 3-4-szeres feszültségnövelés valósítható meg. Azokban az alkalmazásokban ahol ez az erősítési érték nem elegendő – ha a bemenő feszültség széles tartományon változik, mint például napelemek vagy üzemanyagcellák esetében – jól alkalmazható a dolgozatban bemutatott kvadratikus feszültségnövelő, angol elnevezéssel Quadratic boost konverter, amelyben a kitöltési tényező értékével négyzetesen változtatható az erősítés. A topológia előnye, a több egymás után kötött Boost fokozattal szemben, hogy csak egy félvezető kapcsolóelemre van szükség.
A dolgozatunk célja egy ilyen kvadratikus feszültségnövelő konverter szimulációja, tervezése és laboratóriumi modelljének megépítése. A munkánk során az áramkör elemzése mellett nagy hangsúlyt fektettünk a belső áramszabályzóval rendelkező kimenő feszültség szabályzókör tervezésére, szimulációjára.
Dolgozatunkban részletesen kitérünk az áramkör felépítésére, mely magában foglalja a rendszer differenciálegyenleteinek felírását. Az egyenletek segítségével levezetésre kerül a szakaszonként lineáris nemlineáris konverter átlagolt állapottér modellje a nemideális áramköri elemek hatásának figyelembevételével. Az állapottér modell segítségével a szabályzótervezéshez szükséges átviteli függvényeket előállítottuk és különféle szabályozási algoritmusokat vizsgáltunk meg folytonos és diszkrét időben. A szimulációs vizsgálatokat Matlab Simulink környezetben végeztük. Az elméleti háttér mellett ismertetésre kerül az áramkörhöz szükséges elemek kiválasztása, és a hozzájuk tartozó nyomtatott áramkör tervezése.
Az áramkör elkészülte után gyakorlatban is implementálásra kerül a szimulációk segítségével vizsgált szabályzó algoritmusok, melyek minőségi paramétereit így mérésekkel is össze tudjuk hasonlítani. Az így kapott eredményeket a szakirodalomban fellelhető megoldásokkal is összevetjük.
