Ebben a bejegyzésben megpróbáljuk megérteni a helyes buck konverteres induktor tervezéséhez szükséges különféle paramétereket, hogy a szükséges kimenet képes legyen a maximális hatékonyság elérésére.
Előző bejegyzésünkben megtanultuk a a buck konverterek alapjai és megvalósította a tranzisztor ON idejével kapcsolatos fontos szempontot a PWM periodikus idejéhez viszonyítva, amely lényegében meghatározza a buck konverter kimeneti feszültségét.
Ebben a bejegyzésben egy kicsit mélyebben elmélyülünk, és megpróbáljuk értékelni a bemenő feszültség, a tranzisztor kapcsolási ideje, a kimeneti feszültség és a buck induktor áramának kapcsolatát, valamint hogy hogyan optimalizálhatjuk ezeket egy bak induktor megtervezése közben.
Buck Converter specifikációk
Először ismerjük meg a Buck Converter különböző paramétereit:
Indukciós csúcsáram, ( énpk ) = Ez az a maximális árammennyiség, amelyet az induktor el tud tárolni, mielőtt telítődik. Itt a „telített” kifejezés olyan helyzetet jelent, amikor a tranzisztor kapcsolási ideje olyan hosszú, hogy továbbra is BE van kapcsolva, még akkor is, ha az induktor túllépi maximális vagy csúcsáram-tároló kapacitását. Ez nemkívánatos helyzet, és el kell kerülni.
Minimális induktivitás, ( énvagy ) = Ez az a minimális árammennyiség, amelyet az induktor elérhet, amíg az induktor kisüt, tárolt energiájának felszabadításával a hátsó EMF formájában.
Ez azt jelenti, hogy abban a folyamatban, amikor a tranzisztort kikapcsolják, az induktor a tárolt energiát a terhelésre bocsátja, és a tárolt áramfolyama eközben exponenciálisan csökken nulla felé, azonban mielőtt a nullát elérné, feltételezhető, hogy a tranzisztor újra bekapcsol azt a pontot, ahol a tranzisztor újra bekapcsolhat, minimális induktív áramnak nevezzük.
A fenti feltételt folyamatos módnak is nevezzük a bak átalakító kialakítása .
Ha a tranzisztor nem kapcsol vissza BE, mielőtt az induktor áramának nullára esne, akkor a helyzetet megszakító üzemmódnak nevezhetjük, amely nem kívánatos módszer a buck konverter működtetésére, és a rendszer nem hatékony működéséhez vezethet.
Hullámáram, (Δi = énpk - énvagy ) = Amint a szomszédos képletből látható, a hullámosság Δ i a csúcsáram és a bak induktorában kiváltott minimális áram különbsége.
A buck konverter kimenetén található szűrőkondenzátor általában stabilizálja ezt a hullámáramot, és viszonylag állandóvá teszi azt.
Üzemeltetési ciklus, (D = Ttovább / T) = A munkaciklust úgy számítják ki, hogy a tranzisztor BE idejét elosztjuk a periodikus idővel.
A periódusos idő egy teljes PWM-ciklus teljes befejezéséhez szükséges idő, azaz a tranzisztorhoz táplált egy PWM BE- és KI-ideje.
A tranzisztor bekapcsolási ideje ( Ttovább = D / f) = A PWM bekapcsolási ideje vagy a tranzisztor bekapcsolási ideje úgy érhető el, hogy a munkaciklust elosztjuk a frekvenciával.
Átlagos kimeneti áram vagy terhelési áram, ( énmadár = Δi / 2 = i Betöltés ) = Ezt úgy kapjuk meg, hogy a hullámáramot elosztjuk 2-vel. Ez az érték a csúcsáram és a minimális áram átlaga, amely a buck konverter kimenetének terhelésénél elérhető lehet.
A háromszög hullám effektív értéke RMS értéke = √ { énvagy két + (Δi) két / 12} = Ez a kifejezés megadja számunkra az összes vagy bármely háromszög hullámkomponens RMS-jét vagy négyzetgyökértékét, amely társulhat egy buck konverterhez.
OK, tehát a fentiek a különbözõ paramétereket és kifejezéseket tartalmazzák, amelyek alapvetõen egy buck konverterrel kapcsolatosak, és amelyek felhasználhatók a buck induktor kiszámításakor.
Most megtudhatjuk, hogy a feszültség és az áram hogyan kapcsolódhat a buck induktorhoz, és hogyan lehet ezeket helyesen meghatározni az alábbi magyarázatokból:
Emlékezzünk arra, hogy feltételezzük, hogy a tranzisztor kapcsolása folyamatos üzemmódban van, vagyis a tranzisztor mindig bekapcsol, mielőtt az induktor teljesen ki tudná tölteni tárolt EMF-jét és kiürülne.
Ez tulajdonképpen a tranzisztor ON idejének vagy a PWM munkaciklusának megfelelő méretezésével történik az induktor kapacitása (fordulatok száma) szempontjából.
V. és I. kapcsolat
A feszültség és az áramerősség kapcsolata egy bak induktoron belül a következőképpen határozható meg:
V = L di / dt
vagy
i = 1 / L 0ʃtVdt + ivagy
A fenti képlet felhasználható a kimeneti áram kiszámításához, és akkor áll fenn, ha a PWM exponenciálisan emelkedő és bomló hullám formájában van, vagy háromszög hullám lehet.
Ha azonban a PWM négyszögletes hullámforma vagy impulzusok formájában van, akkor a fenti képletet a következőképpen írhatjuk fel:
i = (Vt / L) + ivagy
Itt Vt a tekercsen átmenő feszültség szorozva a fenntartás idejével (mikro-másodpercben)
Ez a képlet akkor válik fontossá, amikor kiszámítja a B induktivitás L induktivitási értékét.
A fenti kifejezésből kiderül, hogy a buck induktor áramának kimenete lineáris rámpa vagy széles háromszög hullámok formájában van, amikor a PWM háromszög alakú hullámok formájában van.
Most nézzük meg, hogyan lehet meghatározni a csúcsáramot egy bak induktoron belül, ennek képlete a következő:
ipk = (Vin - Vtrans - Vout) Ton / L + ivagy
A fenti kifejezés biztosítja a csúcsáramot, miközben a tranzisztor be van kapcsolva, és mivel az induktor belsejében az áram lineárisan növekszik (telítési tartományán belül *)
A csúcsáram kiszámítása
Ezért a fenti kifejezés felhasználható a csúcsáram felhalmozódásának kiszámítására egy buck induktoron belül, miközben a tranzisztor az ON kapcsoló fázisban van.
Ha az io kifejezést az LHS-re toljuk, akkor a következőket kapjuk:
énpk- ivagy= (Bor - Vtrans - Vout) Tonna / L
Itt a Vtrans a tranzisztor kollektorán / emitterén átmenő feszültségesésre utal
Emlékezzünk arra, hogy a hullámáramot Δi = ipk - io is adja, ezért ezt a fenti képlettel helyettesítve kapjuk:
Δi = (Vin - Vtrans - Vout) Ton / L ------------------------------------- Eq # 1
Most nézzük meg az induktoron belüli áram megszerzésének kifejezését a tranzisztor kikapcsolási periódusában, a következő egyenlet segítségével meghatározható:
énvagy= énpk- (Vout - VD) Toff / L
Ismét azáltal, hogy az ipk - io-t Δi-vel helyettesítjük a fenti kifejezésben:
Δi = (Vout - VD) Toff / L ------------------------------------- 2. egyenlet
Az Eq # 1 és az Eq # 2 felhasználható a hullámáram értékeinek meghatározására, miközben a tranzisztor áramot szolgáltat az induktornak, vagyis az ON ideje alatt ..... és miközben az induktor a tárolt áramot a terhelésen keresztül üríti. a tranzisztor kikapcsolási ideje alatt.
A fenti megbeszélés során sikeresen levezettük az egyenletet az áram (amp) tényező meghatározására egy bak induktorban.
A feszültség meghatározása
Most próbáljunk meg olyan kifejezést találni, amely segíthet meghatározni a feszültségtényezőt egy bak induktorában.
Mivel az Δi mind az Eq # 1-ben, mind az Eq # 2-ben közös, a feltételeket egymással egyenlővé tehetjük:
(Bor - Vtrans - Vout) Tonna / L = (Vout - VD) Toff / L
VinTon - Vtrans - Vout = VoutToff - VDToff
VinTon - Vtrans - VoutTon = VoutToff - VDToff
VoutTon + VoutToff = VDToff + VinTon - VtransTon
Vout = (VDToff + VinTon - VtransTon) / T
Ha a fenti kifejezésben a Ton / T kifejezéseket D terhelési ciklusra cseréljük, akkor megkapjuk
Vout = (Vin - Vtrans) D + VD (1 - D)
A fenti egyenlet további feldolgozásával kapjuk:
Vout + VD = (Vin - Vtrans + VD) D
vagy
D = Vout - VD / (Vin - Vtrans - VD)
Itt a VD a dióda feszültségesésére utal.
A csökkentési feszültség kiszámítása
Ha figyelmen kívül hagyjuk a tranzisztor és a dióda feszültségeséseit (mivel ezek rendkívül triviálisak lehetnek a bemeneti feszültséghez képest), akkor a fenti kifejezést az alábbiak szerint le tudjuk vágni:
Vout = DVin
A fenti végső egyenlet felhasználható az adott induktivitástól számított csökkentési feszültség kiszámításához, miközben egy buck konverter áramkört tervezünk.
A fenti egyenlet megegyezik az előző cikkünk megoldott példájában tárgyaltval hogyan működnek a bak konverterek .
A következő cikkben megtudhatjuk, hogyan lehet megbecsülni a bak induktivitásának fordulatszámát .... kérjük, maradjon velünk.
Előző: Hogyan működnek a Buck konverterek Következő: Nagy teljesítményű, kefe nélküli motorvezérlő áramkör
