Izračun induktorjev v pretvornikih Buck Boost

V tem prispevku skušamo razumeti način dimenzioniranja ali izračunavanja induktorjev v vezjih pretvornika za povečanje napetosti, da bi zagotovili optimalno delovanje teh naprav.

Vzamemo primer pretvornika povečevalnega pretvornika IC 555 in tipologije pretvornikov dolarjev IC 555 in poskušamo razumeti tehnike optimizacije z enačbami in ročnimi prilagoditvami, da dosežemo najbolj optimalen izhodni odziv teh zasnov pretvornika.

V nekaj mojih prejšnjih prispevkih smo izčrpno preučevali, kako delujejo pretvorniki in ojačevalniki SMPS, in izpeljali smo tudi nekaj temeljnih formul za oceno pomembnih parametrov, kot so napetost, tok in induktivnost v teh pretvorniških vezjih.

Morda boste želeli povzeti podrobnosti iz naslednjih člankov, preden se lotite tega članka, ki obravnava metode oblikovanja induktorja.

Kako delujejo pretvorniki Boost

Kako delujejo pretvorniki Buck

Osnovne enačbe Buck Boost

Za izračun induktorjev v vezjih SMPS z dovodno ojačitvijo bi lahko izpeljali naslednji dve zaključni formuli za pretvornik dolarjev oziroma za pretvornik povišanja:

Vo = DVin ---------- Za Buck Converter

Vo = Vin / (1 - D) ---------- Za pretvornik Boost

Tu je D = delovni cikel, ki je = čas vklopa / vklopa + izklopa tranzistorja za vsak cikel PWM

Vo = izhodna napetost pretvornika

Vin = vhodna napajalna napetost v pretvornik

Iz zgornjih izpeljanih formul lahko razberemo, da so trije osnovni parametri, ki jih lahko uporabimo za dimenzioniranje izhoda v vezju, ki temelji na SMPS:

Glavni parametri, povezani s pretvornikom Buck Boost

1) Delovni cikel

2) Čas vklopa / izklopa tranzistorja

3) In nivo vhodne napetosti.

To pomeni, da je z ustrezno prilagoditvijo katerega koli od zgornjih parametrov mogoče prilagoditi izhodno napetost pretvornika. To prilagoditev je mogoče izvesti ročno ali samodejno s samonastavljivim vezjem PWM.

Čeprav zgornje formule jasno pojasnjujejo, kako optimizirati izhodno napetost iz pretvornika ali ojačevalnika, še vedno ne vemo, kako je mogoče zgraditi induktor za doseganje optimalnega odziva v teh vezjih.

Morda boste našli veliko izpopolnjenih in raziskanih formul za reševanje tega vprašanja, vendar nobenega novega ljubitelja ali katerega koli elektronskega navdušenca ne bi zanimalo, ali bi se dejansko spopadli s temi zapletenimi formulami za zahtevane vrednosti, ki bi dejansko lahko imele več možnosti za napačne rezultate zaradi njihove zapletenosti .

Boljša in učinkovitejša ideja je 'izračunati' vrednost induktorja z eksperimentalno nastavitvijo in s pomočjo nekaterih praktičnih postopkov poskusov in napak, kot je razloženo v naslednjih odstavkih.

Konfigurirajte pretvornik povečave s pomočjo IC 555

Spodaj je prikazana enostavna zasnova pretvornika za povečanje in odbojnost na osnovi IC 555, ki bi jo lahko uporabili za določanje najboljše možne vrednosti induktorja za določeno vezje pretvornika za povečanje SMPS.

Induktor L je lahko sprva izdelan poljubno.

The pravilo palca je, da se uporabi število obratov, nekoliko večje od napajalne napetosti , če je napajalna napetost 12 V, je število obratov približno 15 obratov.

1. Naviti ga je treba na primerno feritno jedro, to je lahko feritni obroč ali feritna palica, ali na sklop jedra EE.
2. Debelino žice določa zahteva po ojačevalniku, ki sprva ne bo ustrezen parameter, zato bi lahko delovala katera koli sorazmerno tanka bakreno emajlirana žica, približno 25 SWG.
3. Pozneje, v skladu s trenutnimi specifikacijami predvidene zasnove, bi lahko vzporedno z navitjem induktorja dodali več žic, da bi bil združljiv z določeno jakostjo ampera.
4. Premer induktorja bo odvisen od frekvence, višja frekvenca bi omogočala manjše premere in obratno. Natančneje, induktivnost, ki jo ponuja induktor, se poveča s povečanjem frekvence, zato bo treba ta parameter potrditi z ločenim testom z isto nastavljeno IC 555.

Pretvornik za povečanje diagrama vezij

Optimizacija kontrol potenciometra

Zgornja nastavitev prikazuje osnovno vezje PWM IC 555, ki je opremljeno z ločenimi potenciometri za omogočanje nastavljive frekvence in nastavljiv izhod PWM na svojem zatiču št. 3.

Pin 3 je viden, povezan s standardno konfiguracijo ojačevalnega pretvornika s pomočjo tranzistorja TIP122, induktorja L, diode BA159 in kondenzatorja C.

Tranzistor BC547 je uveden za omejevanje toka skozi TIP122, tako da med postopkom prilagajanja, ko se lonci prilagajajo, TIP122 nikoli ne sme prečkati točke razpada, zato BC547 TIP122 zaščiti pred prekomernim tokom in postopek naredi varen in varno za uporabnika.

Izhodna napetost ali polnilna napetost se nadzirata preko C za največjo možno optimalno odzivnost med celotnim preskusnim postopkom.

Nato lahko pretvornik za povečanje IC 555 ročno optimizirate z naslednjimi koraki:

• Sprva nastavite PWM lonec tako, da na pin # 3 proizvaja čim ožji PWM, frekvenca pa se nastavi na približno 20 kHz.
• Vzemite digitalni multimeter, ki je pritrjen na območje nad 100 V enosmernega toka, in povežite prode preko C z ustrezno polarnostjo.
• Nato postopoma nastavite PWM lonec in nadzirajte, dokler napetost na C še naprej narašča. V trenutku, ko ugotovite, da ta napetost pada, obnovite nastavitev na prejšnji položaj, ki je povzročil najvišjo možno napetost na loncu, in ta lonec / prednastavljeni položaj pritrdite kot optimalno točko za izbrani induktor.
• Po tem podobno prilagodite frekvenčni lonec za nadaljnjo optimizacijo napetostnega nivoja na C in ga nastavite tako, da doseže najučinkovitejšo frekvenčno točko za izbrani induktor.
• Za določitev delovnega cikla je mogoče preveriti razmerje odpornosti posode PWM, ki bi bilo neposredno sorazmerno z razmerjem označenega prostora izhodnega delovnega cikla zatiča # 3.
• Vrednost frekvence se je mogoče naučiti z merilnikom frekvence ali z uporabo frekvenčnega območja v danem DMM, če ima možnost, to lahko preverite na pin 3 na IC.

Vaši parametri induktorja so zdaj določeni in jih je mogoče uporabiti za kateri koli ojačevalnik za najboljši optimalni odziv.

Določanje toka za induktor

Trenutne specifikacije induktorja bi lahko povečali s preprosto uporabo več vzporednih žic, medtem ko ga navijate, recimo, da bi lahko vzporedno uporabili približno 5 nosilcev žic 26SWG za opolnitev induktorja za obdelavo 5 amperov toka. in tako naprej.

Naslednji diagram prikazuje postopek optimizacije in izračunavanja induktorjev v SMPS za uporabo pretvornika dolarjev.

Pretvornik diagrama vezja

Tudi za to nastavitev velja enak postopek, kot je bil izveden z zgoraj razloženo zasnovo pretvornika ojačevalnika.

Kot je razvidno, je izhodna stopnja zdaj spremenjena z nastavljenim pretvornikom, tranzistorji so zdaj zamenjani s tipi PNP in položaji induktorja, dioda ustrezno spremenjena.

Tako lahko z uporabo zgornjih dveh metod kdor koli določi ali izračuna induktorje v vezjih z nizko napetostjo, brez uporabe zapletenih in neizvedljivih formul.