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.
- Musi być nawinięty na odpowiedni rdzeń ferrytowy, którym może być pierścień ferrytowy, pręt ferrytowy lub zespół rdzenia EE.
- 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.
- Później, zgodnie z aktualnymi specyfikacjami zamierzonego projektu, można dodać więcej przewodów równolegle do cewki podczas nawijania go, aby był zgodny z określonym prądem znamionowym.
- 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