Výpočet induktorů v měničích Buck Boost

V tomto příspěvku se snažíme porozumět metodě dimenzování nebo výpočtu induktorů v obvodech převaděče buck boost, abychom zajistili optimální výkon těchto zařízení.

Vezmeme si příklad typologií převaděče IC 555 a převaděčů IC 555 buck a pokusíme se porozumět optimalizačním technikám pomocí rovnic a ručních úprav, abychom dosáhli nejoptimálnější výstupní odezvy z těchto návrhů převaděčů.

V několika mých dřívějších příspěvcích jsme komplexně studovali, jak fungují převodníky SMPS buck a boost, a také jsme odvodili několik základních vzorců pro hodnocení důležitých parametrů, jako je napětí, proud a indukčnost v těchto obvodech převaděče.

Možná budete chtít shrnout podrobnosti z následujících článků, než se pustíte do tohoto článku, který se zabývá metodami návrhu induktorů.

Jak fungují převaděče Boost

Jak převaděče Buck fungují

Základní Buck Boost rovnice

Pro výpočet induktorů v obvodech SMPS s buck boostem bychom mohli odvodit následující dva závěrečné vzorce pro buck převodník a pro boost převodník:

Vo = DVin ---------- Pro převaděč Buck

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

Zde D = pracovní cyklus, což je = doba zapnutí tranzistoru / doba zapnutí + vypnutí každého cyklu PWM

Vo = výstupní napětí z převodníku

Vin = Vstupní napájecí napětí převodníku

Z výše odvozených vzorců můžeme pochopit, že 3 základní parametry, které lze použít pro dimenzování výstupu v obvodu založeném na SMPS, jsou:

Hlavní parametry spojené s převodníkem Buck Boost Converter

1) Pracovní cyklus

2) Čas zapnutí / vypnutí tranzistoru

3) A úroveň vstupního napětí.

To znamená, že vhodným nastavením kteréhokoli z výše uvedených parametrů bude možné přizpůsobit výstupní napětí z převodníku. Tuto úpravu lze provést ručně nebo automaticky pomocí samonastavovacího obvodu PWM.

Ačkoli výše uvedené vzorce jasně vysvětlují, jak optimalizovat výstupní napětí z převodníku buck nebo boost, stále nevíme, jak lze vytvořit induktor pro získání optimální odezvy v těchto obvodech.

Můžete najít mnoho propracovaných a prozkoumaných vzorců pro řešení tohoto problému, avšak žádný nový fanda ani žádný elektronický nadšenec by neměl zájem skutečně bojovat s těmito složitými vzorci pro požadované hodnoty, které by mohly mít ve skutečnosti větší možnost poskytovat chybné výsledky kvůli jejich složitosti .

Lepším a efektivnějším nápadem je „vypočítat“ hodnotu induktoru pomocí experimentálního nastavení a pomocí praktického procesu pokusů a omylů, jak je vysvětleno v následujících odstavcích.

Nakonfigurujte Boost Converter pomocí IC 555

Níže jsou uvedeny jednoduché návrhy zesilovače a převodníku založené na IC 555, které by mohly být použity pro stanovení nejlepší možné hodnoty induktoru pro konkrétní obvod zesilovače zesilovače SMPS.

Induktor L může být zpočátku vyroben libovolně.

The Pravidlem je použít počet závitů o něco vyšší, než je napájecí napětí , proto je-li napájecí napětí 12V, počet otáček by mohl být kolem 15 otáček.

1. Musí být navinut na vhodné feritové jádro, kterým může být feritový prsten nebo feritová tyč, nebo na sestavu jádra EE.
2. Tloušťka drátu je určena požadavkem zesilovače, který zpočátku nebude relevantním parametrem, proto by jakýkoli relativně tenký měděný smaltovaný drát mohl fungovat, může být kolem 25 SWG.
3. Později podle aktuálních specifikací zamýšleného designu bylo možné paralelně s induktorem při jeho navíjení přidat více vodičů, aby byl kompatibilní se specifikovaným ampérem.
4. Průměr induktoru bude záviset na frekvenci, vyšší frekvence by umožňovala menší průměry a naopak. Přesněji řečeno, indukčnost nabízená induktorem se zvyšuje se zvyšující se frekvencí, proto bude nutné tento parametr potvrdit samostatným testem se stejným nastavením IC 555.

Převodník zvýšení obvodového diagramu

Optimalizace ovládání potenciometru

Výše uvedené nastavení ukazuje základní obvod IC 555 PWM, který je vybaven samostatnými potenciometry pro povolení nastavitelné frekvence a nastavitelný výstup PWM na svém pinu č. 3.

Pin # 3 lze vidět připojený ke standardní konfiguraci zesilovače převodníku pomocí tranzistoru TIP122, induktoru L, diody BA159 a kondenzátoru C.

Tranzistor BC547 je zaveden za účelem omezení proudu napříč TIP122, takže během procesu úpravy, kdy jsou vyladěny hrnce, TIP122 nikdy nesmí překročit bod rozbití, takže BC547 chrání TIP122 před nadměrným proudem a činí postup bezpečný a spolehlivý pro uživatele.

Výstupní napětí nebo boostovací napětí je monitorováno napříč C pro maximální optimální odezvu během celého procesu testování.

Převaděč zesílení IC 555 lze poté ručně optimalizovat pomocí následujících kroků:

• Nejprve nastavte PWM pot na produkci nejužšího možného PWM na pinu č. 3 a frekvence je upravena na asi 20kHz.
• Vezměte digitální multimetr s pevným rozsahem nad 100 V DC a připojte hroty přes C s příslušnou polaritou.
• Dále postupně upravujte PWM hrnec a monitorujte, dokud napětí na C stále stoupá. V okamžiku, kdy zjistíte, že toto napětí klesá, obnovte nastavení do předchozí polohy, která přinesla nejvyšší možné napětí v hrnci, a zafixujte tento pot / přednastavenou polohu jako optimální bod pro vybraný induktor.
• Poté podobně upravte frekvenční potenciometr pro další optimalizaci úrovně napětí napříč C a nastavte jej tak, aby bylo dosaženo nejúčinnějšího kmitočtového bodu pro vybraný induktor.
• Pro určení pracovního cyklu by se dalo zkontrolovat poměr odporu PWM, který by byl přímo úměrný poměru značkového prostoru výstupního pracovního cyklu kolíku # 3.
• Hodnotu frekvence lze zjistit pomocí měřiče kmitočtu nebo pomocí kmitočtového rozsahu v daném DMM, pokud má dané zařízení, což lze zkontrolovat na kolíku č. 3 IC.

Vaše parametry induktoru jsou nyní určeny a mohou být použity pro jakýkoli zesilovač převodu pro nejlepší optimální odezvu.

Stanovení proudu pro induktor

Aktuální specifikace induktoru by mohla být zvýšena pouhým použitím mnoha paralelních vodičů při jeho navíjení, například můžete použít přibližně 5 nosů vodičů 26SWG paralelně pro posílení induktoru, aby zvládl proud 5 ampérů. a tak dále.

Následující diagram ukazuje proces optimalizace a výpočtu induktorů v SMPS pro aplikaci převaděče buck.

Konvertor schématu Buck Converter

Stejný proces platí i pro toto nastavení, jak tomu bylo u výše vysvětleného designu zesilovače převodu.

Jak je vidět, výstupní stupeň je nyní změněn s nastaveným buck převodníkem, tranzistory jsou nyní nahrazeny typy PNP a polohy induktoru, dioda se odpovídajícím způsobem mění.

Použitím výše uvedených dvou metod tedy může kdokoli určit nebo vypočítat induktory v obvodech SMPS buck boost bez použití složitých a neproveditelných vzorců.