Induktorok kiszámítása a Buck Boost átalakítókban

Ebben a bejegyzésben megpróbáljuk megérteni az induktorok méretezésének vagy kiszámításának módszerét a buck boost konverter áramkörökben az ezen eszközök optimális teljesítményének biztosítása érdekében.

Példaként vesszük az IC 555 boost konverter és az IC 555 buck konverter tipológiákat, és megpróbáljuk megérteni az optimalizálási technikákat egyenletek és kézi beállítások segítségével, hogy ezekből a konvertertervekből a legoptimálisabb kimeneti választ érjük el.

Néhány korábbi bejegyzésemben átfogóan tanulmányoztuk az SMPS buck és boost konverterek működését, és levontunk néhány alapvető képletet a fontos paraméterek, például a feszültség, az áram és az induktivitás értékeléséhez ezekben az átalakító áramkörökben.

Érdemes összefoglalni a következő cikkek részleteit, mielőtt nekilátna a jelen cikknek, amely az induktor tervezésének módszereivel foglalkozik.

Hogyan működnek a Boost átalakítók

Hogyan működnek a Buck konverterek

Alapvető Buck Boost egyenletek

Az induktorok kiszámításához a buck boost SMPS áramkörökben levezethetnénk a következõ két következõ képletet a buck konverterhez és a boost konverterhez:

Vo = DVin ---------- A Buck Converter számára

Vo = Vin / (1 - D) ---------- Boost Converter

Itt D = munkaciklus, amely = Tranzisztor BE ideje / BE + KI ideje minden PWM ciklusnál

Vo = Kimeneti feszültség az átalakítóból

Vin = Bemeneti tápfeszültség az átalakítóhoz

A fenti származtatott képletek alapján megérthetjük, hogy az SMPS alapú áramkör kimenetének méretezéséhez használható 3 alapvető paraméter a következő:

A Buck Boost Converterrel társított fő paraméterek

1) A munkaciklus

2) A tranzisztor BE / KI ideje

3) És a bemeneti feszültség szintje.

Ez azt jelenti, hogy a fenti paraméterek bármelyikének megfelelő beállításával lehetővé válik a konverter kimeneti feszültségének testreszabása. Ez a kiigazítás manuálisan vagy automatikusan megvalósítható egy önbeállító PWM áramkörön keresztül.

Bár a fenti képletek világosan elmagyarázzák, hogyan lehet optimalizálni a kimeneti feszültséget egy buck vagy boost konverterből, még mindig nem tudjuk, hogyan lehet felépíteni az induktort az optimális válasz elérése érdekében ezekben az áramkörökben.

Számos kidolgozott és kutatott képletet találhat a probléma rendezésére, azonban egyetlen új hobbista vagy elektronikus rajongó sem lenne kíváncsi arra, hogy valóban megküzdjön-e ezekkel az összetett képletekkel a szükséges értékekért, amelyek komplexitásuk miatt valójában nagyobb eséllyel szolgáltathatnak hibás eredményeket. .

A jobb és hatékonyabb ötlet az, hogy az induktor értékét egy kísérleti beállítással és néhány gyakorlati próba-hiba eljárással „kiszámoljuk”, a következő bekezdésekben leírtak szerint.

A Boost Converter konfigurálása az IC 555 használatával

Az alábbiakban egy egyszerű IC 555 alapú boost és buck átalakító kialakítás látható, amelyek felhasználhatók egy adott SMPS boost konverter áramkör lehető legjobb induktivitási értékének meghatározására.

Az L induktort kezdetben tetszőlegesen készíthetjük el.

A A hüvelykujj szabálya az, hogy a tápfeszültségnél kissé nagyobb fordulatok számát használja , ezért ha a tápfeszültség 12V, akkor a fordulatok száma 15 fordulat körül lehet.

1. Meg kell tekerni egy megfelelő ferritmagon, amely lehet ferritgyűrű vagy ferritrúd, vagy egy EE magszerelvényen.
2. A huzal vastagságát az erősítő követelménye határozza meg, amely kezdetben nem lesz releváns paraméter, ezért bármilyen viszonylag vékony réz zománcozott huzal működne, körülbelül 25 SWG lehet.
3. Később, a tervezett kialakítás jelenlegi specifikációinak megfelelően, az induktorral párhuzamosan több vezetéket lehet hozzáadni, miközben felcsévélik, hogy kompatibilis legyen a megadott amperértékkel.
4. Az induktor átmérője a frekvenciától függ, a magasabb frekvencia kisebb átmérőket tesz lehetővé, és fordítva. Pontosabban: az induktor által kínált induktivitás a frekvencia növekedésével növekszik, ezért ezt a paramétert külön teszt segítségével kell megerősíteni, ugyanazon IC 555 IC használatával.

Áramkör Boost Converter

A potenciométer vezérlőinek optimalizálása

A fenti beállítás egy alapvető IC 555 PWM áramkört mutat, amely külön potenciométerekkel van felszerelve az állítható frekvencia lehetővé tételéhez, és egy állítható PWM kimenet # 3-as csapjánál.

A # 3-as tű látható egy standard boost konverter-konfigurációhoz csatlakoztatva a TIP122 tranzisztor, az L induktor, a BA159 dióda és a C kondenzátor segítségével.

A BC547 tranzisztort azért vezetik be, hogy korlátozza az áramot a TIP122-ben, így a beállítási folyamat során, amikor a fazekakat módosítják, a TIP122 soha nem engedheti át a meghibásodási pontot, így a BC547 megvédi a TIP122-et a túlzott áramtól és biztonságossá teszi az eljárást, bolondbiztos a felhasználó számára.

A kimeneti feszültséget vagy a töltőfeszültséget C-n keresztül figyelik a maximális optimális válasz érdekében a teljes tesztelési folyamat alatt.

Az IC 555 boost konverter ezután manuálisan optimalizálható a következő lépésekkel:

• Kezdetben állítsa be a PWM potot a lehető legszűkebb PWM előállítására a # 3 tűnél, és a frekvenciát körülbelül 20 kHz-re állítják be.
• Vegyünk egy digitális multimétert, amely 100 V DC tartomány felett van rögzítve, és csatlakoztassuk a prod-kat a C-hez megfelelő polaritással.
• Ezután fokozatosan állítsa be a PWM edényt, és figyelje, amíg a C feszültség folyamatosan növekszik. Abban a pillanatban, amikor megtalálja ezt a feszültséget, állítsa vissza a beállítást az előző helyzetbe, amely a lehető legnagyobb feszültséget eredményezte a fazékon, és rögzítse ezt a fazék / előre beállított pozíciót a kiválasztott induktor optimális pontjaként.
• Ezt követően hasonlóan állítsa be a frekvencia potot a C feszültségszint további optimalizálása érdekében, és állítsa be a kiválasztott induktivitás leghatékonyabb frekvenciapontjának elérésére.
• A munkaciklus meghatározásához ellenőrizni lehet a PWM pot ellenállási arányát, amely egyenesen arányos a 3-as tű kimeneti munkaciklusának jelterületi arányával.
• A frekvenciaértéket meg lehet tanulni egy frekvenciamérővel, vagy az adott DMM frekvenciatartományának használatával, ha van rá lehetősége, ezt az IC 3. érintkezőjénél ellenőrizni lehet.

Az Ön induktivitásának paraméterei meghatározva vannak, és felhasználhatók bármelyik boost konverterhez a legjobb optimális válasz érdekében.

Az induktor áramának meghatározása

Az induktor aktuális specifikációja megnövelhető egyszerűen sok párhuzamos vezeték használatával, miközben fel van tekerve, mondjuk például körülbelül 5 nos 26SWG vezetéket használhat párhuzamosan az induktor felhatalmazására az áram 5 amperének kezelésére. stb.

A következő ábra bemutatja az SMPS induktorainak optimalizálásának és kiszámításának folyamatát egy buck konverter alkalmazáshoz.

Áramköri ábra Buck Converter

Ugyanez a folyamat vonatkozik erre a beállításra is, mint a fent ismertetett boost konverter tervezésnél.

Amint látható, a kimeneti fokozat most megváltozik egy beállított buck konverterrel, a tranzisztorokat most PNP típusokra cserélik, és az induktor, a dióda helyzete megfelelően megváltozik.

Így a fenti két módszer alkalmazásával bárki meghatározhatja vagy kiszámíthatja az induktorokat a buck boost smps áramkörökben anélkül, hogy összetett és megvalósíthatatlan képleteket használna.