Induktoreiden laskeminen Buck Boost -muuntimissa

Tässä viestissä yritämme ymmärtää induktoreiden mitoitus- tai laskentamenetelmän buck boost -muunninpiireissä näiden laitteiden optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi.

Otamme esimerkin IC 555 -muunnosmuunnin- ja IC 555 -muunnin-tyypin tyyppeistä ja yritämme ymmärtää optimointitekniikat yhtälöiden ja manuaalisten säätöjen avulla optimaalisen lähtövasteen saavuttamiseksi näistä muunninrakenteista.

Muutamissa aikaisemmissa kirjoituksissani olemme tutkineet kattavasti SMPS-buck- ja boost-muuntimien toimintaa, ja päätimme myös muutaman peruskaavan tärkeiden parametrien, kuten jännitteen, virran ja induktanssin, arvioimiseksi näissä muunninpiireissä.

Haluat ehkä tiivistää seuraavien artikkeleiden yksityiskohdat, ennen kuin aloitat tämän artikkelin, joka käsittelee induktorin suunnittelumenetelmiä.

Kuinka Boost-muuntimet toimivat

Kuinka Buck-muuntimet toimivat

Buck Boostin perusyhtälöt

Induktoreiden laskemiseksi buck-boost-SMPS-piireissä voisimme johtaa seuraavat kaksi kaavaa buck-muuntimelle ja vastaavasti boost-muuntimelle:

Vo = DVin ---------- Buck Converterille

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

Tässä D = käyttösykli, joka on = transistorin ON-aika / ON + OFF-aika jokaisessa PWM-jaksossa

Vo = Muuntimen lähtöjännite

Vin = Syöttöjännite muuntajalle

Edellä olevista johdetuista kaavoista voimme ymmärtää, että 3 perusparametriä, joita voidaan käyttää ulostulon mitoittamiseen SMPS-pohjaisessa piirissä, ovat:

Buck Boost Converteriin liittyvät pääparametrit

1) Käyttöjakso

2) Transistorin ON / OFF-aika

3) Ja syöttöjännitetaso.

Tämä tarkoittaa, että jonkin edellä mainitun parametrin asianmukaisella säätämisellä on mahdollista räätälöidä muuntimen lähtöjännite. Tämä säätö voidaan toteuttaa manuaalisesti tai automaattisesti itsesäätyvän PWM-piirin kautta.

Vaikka yllä olevat kaavat selittävät selvästi, kuinka optimoida lähtöjännite buck- tai boost-muuntimesta, emme silti tiedä, miten induktori voidaan rakentaa optimaalisen vasteen saamiseksi näihin piireihin.

Saatat löytää monia kehittyneitä ja tutkittuja kaavoja tämän ongelman ratkaisemiseksi, mutta kukaan uusi harrastaja tai kukaan sähköinen harrastaja ei ole kiinnostunut kamppailemaan näiden monimutkaisten kaavojen kanssa vaadittujen arvojen puolesta, joilla voi olla enemmän mahdollisuuksia tuottaa virheellisiä tuloksia monimutkaisuutensa vuoksi .

Parempi ja tehokkaampi idea on 'laskea' induktoriarvo kokeellisella asetuksella ja käytännön kokeilu- ja virheprosessin avulla, kuten seuraavissa kappaleissa selitetään.

Määritä Boost Converter IC 555: n avulla

Alla on esitetty yksinkertaiset IC 555 -pohjaiset tehostus- ja buck-muunninmallit, joita voitaisiin käyttää määrittämään paras mahdollinen induktoriarvo tietylle SMPS-tehomuunninpiirille.

Induktori L voidaan tehdä aluksi mielivaltaisesti.

peukalon sääntö on käyttää kierroslukua hieman syöttöjännitettä suurempana , joten jos syöttöjännite on 12 V, kierrosluku voi olla noin 15 kierrosta.

1. Se on kierrettävä sopivan ferriittisydämen, joka voi olla ferriittirengas tai ferriittitanko, tai EE-ydinkokoonpanon yli.
2. Langan paksuus määräytyy vahvistintarpeen mukaan, mikä ei aluksi ole relevantti parametri, joten mikä tahansa suhteellisen ohut kuparimaalattu lanka toimisi, voi olla noin 25 SWG.
3. Myöhemmin suunnitellun mallin nykyisten spesifikaatioiden mukaan voitaisiin lisätä useampia johtoja rinnakkain kelan kanssa kelaamalla sitä, jotta se olisi yhteensopiva määritetyn ampeeriluokan kanssa.
4. Induktorin halkaisija riippuu taajuudesta, korkeampi taajuus sallisi pienemmät halkaisijat ja päinvastoin. Tarkemmin sanottuna induktorin tarjoama induktanssi nousee korkeammaksi taajuuden kasvaessa, joten tämä parametri on vahvistettava erillisellä testillä käyttäen samaa IC 555 -asetusta.

Piirikaavio Boost Converter

Potentiometrin säätimien optimointi

Yllä oleva kokoonpano näyttää IC 555 PWM -peruspiirin, joka on varustettu erillisillä potentiometreillä säädettävän taajuuden mahdollistamiseksi, ja säädettävä PWM-lähtö nastassaan # 3.

Tappi # 3 voidaan nähdä yhdistettynä tavalliseen tehonmuuntimen kokoonpanoon käyttämällä TIP122-transistoria, induktoria L, diodia BA159 ja kondensaattoria C.

Transistori BC547 otetaan käyttöön rajoittamaan virtaa TIP122: ssa siten, että säätöprosessin aikana, kun kattiloita muutetaan, TIP122: ta ei koskaan saa ylittää rikkoutumispistettä, joten BC547 suojaa TIP122: ta liialliselta virralta ja tekee toimenpiteestä turvallisen ja typerä käyttäjälle.

Lähtöjännitettä tai korotusjännitettä tarkkaillaan C: n alueella optimaalisen vasteen saavuttamiseksi koko testausprosessin ajan.

IC 555 -vahvistinmuunnin voidaan sitten optimoida manuaalisesti seuraavien vaiheiden avulla:

• Aseta aluksi PWM-potti tuottamaan kapein mahdollinen PWM napalla # 3, ja taajuus säädetään noin 20 kHz: iin.
• Ota digitaalinen yleismittari, joka on kiinteä yli 100 V DC -alueelle, ja kytke prodit C: n poikki sopivalla napaisuudella.
• Seuraavaksi säädä PWM-potkia asteittain ja tarkkaile niin kauan kuin jännite C: n yli nousee. Heti kun löydät tämän jännitteen laskevan, palauta säätö edelliseen asentoon, joka tuotti korkeimman mahdollisen jännitteen pottiin, ja kiinnitä tämä potti / esiasetettu sijainti optimaaliseksi pisteeksi valitulle induktorille.
• Tämän jälkeen säädä taajuuspotkia samalla tavalla C-jännitetason optimoimiseksi edelleen ja aseta se saavuttamaan tehokkain taajuuspiste valitulle induktorille.
• Käyttösyklin määrittämiseksi voitaisiin mahdollisesti tarkistaa PWM-potin resistanssisuhde, joka olisi suoraan verrannollinen tapin # 3 lähtötehosyklin merkkitilan suhteeseen.
• Taajuusarvo voidaan oppia taajuusmittarilla tai käyttämällä taajuusaluetta annetulla DMM: llä, jos sillä on mahdollisuus, tämä voidaan tarkistaa IC: n nastasta # 3.

Induktoriparametrit on nyt määritetty ja niitä voidaan käyttää mihin tahansa tehonmuuntimeen parhaan vasteen saamiseksi.

Induktorin virran määrittäminen

Induktorin nykyistä teknistä arvoa voitaisiin lisätä yksinkertaisesti käyttämällä useita rinnakkaisia ​​johtoja käämimällä sitä, sanotaan esimerkiksi, että voit käyttää noin 5 nosa 26SWG-johtoa rinnakkain antamaan induktorin käsittelemään 5 ampeeria virtaa. ja niin edelleen.

Seuraava kaavio näyttää prosessin, jolla optimoidaan ja lasketaan induktorit SMPS: ssä buck-muunninsovellusta varten.

Piirikaavio Buck Converter

Sama prosessi pätee myös tähän kokoonpanoon, kuten tehtiin yllä selitetyllä tehostimen muunninrakenteella.

Kuten voidaan nähdä, lähtötasoa on nyt muutettu perustetulla buck-muuntimella, transistorit korvataan nyt PNP-tyypeillä ja induktorin, diodin sijainnit muuttuvat asianmukaisesti.

Siten edellä mainittuja kahta menetelmää käyttämällä kuka tahansa voi määrittää tai laskea induktorit buck boost -moottoripiireissä ilman monimutkaisia ​​ja mahdottomia kaavoja.