Obliczanie cewek w przetwornikach Buck Boost

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





W tym poście staramy się zrozumieć metodę wymiarowania lub obliczania cewek w obwodach przetwornicy buck boost w celu zapewnienia optymalnej wydajności tych urządzeń.

Bierzemy przykład konwertera podwyższającego IC 555 i konwertera obniżającego IC 555 i próbujemy zrozumieć techniki optymalizacji poprzez równania i ręczne regulacje, aby uzyskać najbardziej optymalną odpowiedź wyjściową z tych konstrukcji przetworników.



W kilku z moich wcześniejszych postów szczegółowo przestudiowaliśmy, jak działają konwertery SMPS buck i boost, a także wydedukowaliśmy kilka podstawowych wzorów do oceny ważnych parametrów, takich jak napięcie, prąd i indukcyjność w tych obwodach przekształtników.

Możesz podsumować szczegóły z poniższych artykułów, zanim przejdziesz do niniejszego artykułu, który dotyczy metod projektowania cewek indukcyjnych.



Jak działają Boost Converters

Jak działają konwertery Buck

Podstawowe równania Buck Boost

Aby obliczyć cewki indukcyjne w obwodach SMPS buck boost, możemy wyprowadzić następujące dwa formuły podsumowujące odpowiednio dla konwertera buck i konwertera boost:

Vo = DVin ---------- Do konwertera Buck

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

Tutaj D = cykl pracy, czyli = czas włączenia tranzystora / czas włączenia + wyłączenia każdego cyklu PWM

Vo = napięcie wyjściowe z konwertera

Vin = Wprowadź napięcie zasilania do konwertera

Z powyższych formuł wyprowadzonych możemy zrozumieć, że 3 podstawowe parametry, które mogą być użyte do wymiarowania wyjścia w obwodzie opartym na SMPS to:

Główne parametry związane z konwerterem Buck Boost

1) Cykl pracy

2) Czas włączenia / wyłączenia tranzystora

3) I poziom napięcia wejściowego.

Oznacza to, że poprzez odpowiednie dostosowanie któregokolwiek z powyższych parametrów, możliwe staje się dostosowanie napięcia wyjściowego z przetwornika. Ta regulacja może być wykonywana ręcznie lub automatycznie poprzez samoregulujący obwód PWM.

Chociaż powyższe wzory jasno wyjaśniają, jak zoptymalizować napięcie wyjściowe z przetwornicy buck lub boost, nadal nie wiemy, w jaki sposób można zbudować cewkę indukcyjną, aby uzyskać optymalną odpowiedź w tych obwodach.

Możesz znaleźć wiele rozbudowanych i zbadanych formuł na rozwiązanie tego problemu, jednak żaden nowy hobbysta ani żaden entuzjasta elektroniki nie byłby zainteresowany faktycznym zmaganiem się z tymi złożonymi formułami dla wymaganych wartości, które w rzeczywistości mogłyby mieć większe możliwości podania błędnych wyników ze względu na ich złożoność .

Lepszym i skuteczniejszym pomysłem jest „obliczenie” wartości cewki indukcyjnej za pomocą konfiguracji eksperymentalnej i poprzez praktyczny proces prób i błędów, jak wyjaśniono w poniższych akapitach.

Skonfiguruj Boost Converter za pomocą IC 555

Poniżej przedstawiono proste konstrukcje przetworników podwyższających i obniżających oparte na układzie scalonym 555, które można wykorzystać do określenia najlepszej możliwej wartości cewki indukcyjnej dla określonego obwodu przetwornicy podwyższającej napięcie SMPS.

Cewka indukcyjna L może być początkowo wykonana dowolnie.

Plik praktyczną zasadą jest użycie liczby zwojów nieco większej niż napięcie zasilania dlatego jeśli napięcie zasilania wynosi 12V, liczba zwojów może wynosić około 15 zwojów.

  1. Musi być nawinięty na odpowiedni rdzeń ferrytowy, którym może być pierścień ferrytowy, pręt ferrytowy lub zespół rdzenia EE.
  2. Grubość drutu jest określona przez zapotrzebowanie na prąd, które początkowo nie będzie odpowiednim parametrem, dlatego każdy względnie cienki drut emaliowany miedzią może działać, może wynosić około 25 SWG.
  3. Później, zgodnie z aktualnymi specyfikacjami zamierzonego projektu, można dodać więcej przewodów równolegle do cewki podczas nawijania go, aby był zgodny z określonym prądem znamionowym.
  4. Średnica cewki indukcyjnej będzie zależeć od częstotliwości, wyższa częstotliwość pozwoliłaby na mniejsze średnice i odwrotnie. Mówiąc dokładniej, indukcyjność oferowana przez cewkę indukcyjną wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości, dlatego parametr ten będzie musiał zostać potwierdzony w oddzielnym teście przy użyciu tej samej konfiguracji IC 555.

Schemat obwodu Boost Converter

Optymalizacja sterowania potencjometrem

Powyższa konfiguracja przedstawia podstawowy obwód IC 555 PWM, który jest wyposażony w oddzielne potencjometry umożliwiające regulację częstotliwości oraz regulowane wyjście PWM na swoim pinie # 3.

Pin # 3 można zobaczyć jako podłączony do standardowej konfiguracji konwertera boost za pomocą tranzystora TIP122 cewki indukcyjnej L, diody BA159 i kondensatora C.

Tranzystor BC547 został wprowadzony w celu ograniczenia prądu na TIP122, dzięki czemu podczas procesu regulacji, kiedy potencjometry są podkręcane, TIP122 nigdy nie może przekroczyć punktu przebicia, dlatego BC547 chroni TIP122 przed nadmiernym prądem i sprawia, że ​​procedura jest bezpieczna i niezawodny dla użytkownika.

Napięcie wyjściowe lub napięcie doładowania jest monitorowane w poprzek C w celu uzyskania maksymalnej optymalnej odpowiedzi podczas całego procesu testowania.

Konwerter doładowania IC 555 można następnie ręcznie zoptymalizować, wykonując następujące czynności:

  • Początkowo ustaw potencjometr PWM tak, aby wytwarzał możliwie najwęższy PWM na pinie # 3, a częstotliwość ustawia się na około 20 kHz.
  • Weź cyfrowy multimetr ustawiony powyżej zakresu 100 V DC i podłącz sondy w poprzek C z odpowiednią polaryzacją.
  • Następnie stopniowo reguluj potencjometr PWM i monitoruj, dopóki napięcie na C nadal rośnie. W momencie, gdy zauważysz spadek napięcia, przywróć regulację do poprzedniej pozycji, która dawała najwyższe możliwe napięcie na potencjometrze, i ustaw tę potencjalną / zaprogramowaną pozycję jako optymalny punkt dla wybranej cewki.
  • Następnie w podobny sposób dostosuj potencjometr częstotliwości w celu dalszej optymalizacji poziomu napięcia na C i ustaw go tak, aby uzyskać najbardziej efektywny punkt częstotliwości dla wybranej cewki indukcyjnej.
  • Aby określić cykl roboczy, można ewentualnie sprawdzić współczynnik rezystancji potencjometru PWM, który byłby wprost proporcjonalny do współczynnika odstępu znaczników w cyklu roboczym wyjścia nr 3.
  • Wartość częstotliwości można poznać za pomocą miernika częstotliwości lub przy użyciu zakresu częstotliwości na danym multimetrze cyfrowym, jeśli ma taką możliwość, można to sprawdzić na pinie nr 3 układu scalonego.

Twoje parametry induktora są teraz określone i mogą być użyte dla dowolnego przetwornika podwyższającego napięcie w celu uzyskania najlepszej optymalnej odpowiedzi.

Określanie prądu dla cewki indukcyjnej

Obecną specyfikację cewki indukcyjnej można zwiększyć, po prostu używając wielu równoległych drutów podczas jej nawijania, na przykład można użyć około 5 drutów 26SWG równolegle, aby wzmocnić cewkę do obsługi prądu o wartości 5 amperów. i tak dalej.

Poniższy schemat przedstawia proces optymalizacji i obliczania cewek w SMPS dla aplikacji konwertera buck.

Schemat obwodu konwertera Buck

Ten sam proces dotyczy również tej konfiguracji, jak to zostało zrobione w przypadku opisanej powyżej konstrukcji przetwornicy podwyższającej ciśnienie.

Jak widać, stopień wyjściowy jest teraz zmieniany przy ustawieniu przetwornika buck, tranzystory są teraz zastępowane typami PNP, a położenie cewki indukcyjnej, dioda zmienia się odpowiednio.

Tak więc, używając powyższych dwóch metod, każdy może określić lub obliczyć cewki indukcyjne w obwodach smps buck boost bez stosowania skomplikowanych i niewykonalnych wzorów.




Poprzedni: Jak działają Boost Converters Dalej: Wyjaśnienie 2 prostych obwodów napięcia na przetwornicę częstotliwości