Beregning af induktorer i Buck Boost Converters

Beregning af induktorer i Buck Boost Converters

I dette indlæg forsøger vi at forstå metoden til dimensionering eller beregning af induktorer i buck boost converter-kredsløb for at sikre en optimal ydelse fra disse enheder.



Vi tager eksemplet med IC 555 boost converter og IC 555 buck converter typologier, og forsøger at forstå optimeringsteknikkerne ved hjælp af ligninger og manuelle justeringer for at opnå det mest optimale outputrespons fra disse konverterdesign.

I et par af mine tidligere indlæg studerede vi grundigt om, hvordan SMPS buck og boost-konvertere fungerer, og vi udledte også et par grundlæggende formler til evaluering af de vigtige parametre som spænding, strøm og induktans i disse konverterkredsløb.





Det kan være en god idé at opsummere detaljerne fra de følgende artikler, inden du går i gang med denne artikel, der handler om induktorens designmetoder.

Sådan fungerer boostkonvertere



Hvordan Buck Converters fungerer

Grundlæggende Buck Boost-ligninger

Til beregning af induktorer i buck boost SMPS-kredsløb kunne vi udlede følgende to afsluttende formler for henholdsvis en buck-konverter og en boost-konverter:

Vo = DVin ---------- For Buck Converter

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

Her er D = Duty Cycle, hvilket er = Transistor ON-tid / ON + OFF-tid for hver PWM-cyklus

Vo = Udgangsspænding fra konverteren

Vin = Input forsyningsspænding til konverteren

Fra ovenstående afledte formler kan vi forstå, at de 3 grundlæggende parametre, der kan bruges til dimensionering af output i et SMPS-baseret kredsløb, er:

Hovedparametre forbundet med Buck Boost Converter

1) Arbejdscyklus

2) Transistor ON / OFF-tid

3) Og indgangsspændingsniveauet.

Dette indebærer, at ved passende justering af en af ​​ovenstående parametre bliver det muligt at skræddersy udgangsspændingen fra omformeren. Denne justering kan implementeres manuelt eller automatisk gennem et selvjusterende PWM-kredsløb.

Selvom ovenstående formler tydeligt forklarer, hvordan man optimerer udgangsspændingen fra en bukke- eller boost-konverter, ved vi stadig ikke, hvordan induktoren kan bygges for at få et optimalt svar i disse kredsløb.

Du kan finde mange detaljerede og efterforskede formler til løsning af dette problem, men ingen ny hobbyist eller nogen elektronisk entusiast ville være interesseret i faktisk at kæmpe med disse komplekse formler for de krævede værdier, som faktisk kunne have større mulighed for at give fejlagtige resultater på grund af deres kompleksitet. .

Den bedre og mere effektive idé er at 'beregne' induktorværdien med en eksperimentel opsætning og gennem en praktisk prøve- og fejlproces som forklaret i de følgende afsnit.

Konfigurer en Boost Converter ved hjælp af IC 555

Et simpelt IC 555-baseret boost- og buck-konverter-design er vist nedenfor, som kan bruges til at bestemme den bedst mulige induktorværdi for et bestemt SMPS-boost-omformerkredsløb.

Induktoren L kan oprindeligt fremstilles vilkårligt.

Det tommelfingerregel er at bruge antallet af omdrejninger lidt højere end forsyningsspændingen Derfor, hvis forsyningsspændingen er 12V, kan antallet af omdrejninger være omkring 15 omdrejninger.

  1. Den skal vikles over en passende ferritkerne, der kan være en ferritring eller en ferritstang eller over en EE-kernesamling.
  2. Ledningens tykkelse bestemmes af forstærkerkravet, som oprindeligt ikke vil være en relevant parameter, og derfor kan enhver relativt tynd kobberemaliseret ledning fungere, kan være omkring 25 SWG.
  3. Senere i henhold til de aktuelle specifikationer for det tilsigtede design, kunne der tilføjes flere ledninger parallelt med induktoren, mens den vikles for at gøre den kompatibel med den specificerede amperestrøm.
  4. Induktorens diameter afhænger af frekvensen, højere frekvens tillader mindre diametre og omvendt. For at være mere præcis bliver induktansen, der tilbydes af induktoren, højere, når frekvensen øges, derfor skal denne parameter bekræftes gennem en separat test ved hjælp af den samme IC 555-opsætning.

Circuit Diagram Boost Converter

Optimering af potentiometerkontrol

Ovenstående opsætning viser et grundlæggende IC 555 PWM-kredsløb, som er udstyret med separate potentiometre til at muliggøre en justerbar frekvens, og en justerbar PWM-udgang ved sin pin # 3.

Stift nr. 3 kan ses forbundet med en standardkonfiguration af boostkonverter ved hjælp af TIP122-transistoren induktoren L, dioden BA159 og en kondensator C.

Transistoren BC547 introduceres for at begrænse strømmen på tværs af TIP122, så TIP122 under justeringsprocessen, når potterne tilpasseres, aldrig får lov til at krydse nedbrydningspunktet, således beskytter BC547 TIP122 mod overdreven strøm og gør proceduren sikker og idiotsikker for brugeren.

Udgangsspændingen eller boostspændingen overvåges over C for et maksimalt optimalt respons under hele testprocessen.

IC 555 boost-konverteren kunne derefter optimeres manuelt gennem følgende trin:

  • Indstil oprindeligt PWM-potten til at producere den smalleste mulige PWM ved pin nr. 3, og frekvensen justeres til ca. 20 kHz.
  • Tag et digitalt multimeter, der er fastgjort over 100 V DC-området, og tilslut prods på tværs af C med passende polaritet.
  • Derefter skal du gradvist justere PWM-potten og overvåge, så længe spændingen over C fortsætter med at stige. I det øjeblik du finder denne spænding falder, skal du gendanne justeringen til den forrige position, der gav den højest mulige spænding på potten, og rette denne pot / forudindstillede position som det optimale punkt for den valgte induktor.
  • Derefter tilpasser du frekvenspotten på samme måde for yderligere optimering af spændingsniveauet over C, og indstil den til at opnå det mest effektive frekvenspunkt for den valgte induktor.
  • Til bestemmelse af driftscyklus kunne man muligvis kontrollere PWM-modstandsforholdet for potten, som ville være direkte proportional med markrumsforholdet for pin nr. 3 udgangsforbrugscyklus.
  • Frekvensværdien kunne læres gennem en frekvensmåler eller ved anvendelse af frekvensområdet på tværs af den givne DMM, hvis den har faciliteten, kunne dette kontrolleres ved pin nr. 3 i IC.

Dine induktorparametre er nu bestemt og kan bruges til enhver boost-konverter for at få det bedste optimale svar.

Bestemmelse af strøm for induktoren

Induktorens nuværende specifikation kunne øges ved simpelthen at bruge mange parallelle ledninger, mens den vikles op. Sig for eksempel, du kan bruge omkring 5 nos 26SWG-ledninger parallelt til at give induktoren mulighed for at håndtere 5 lamper med strøm. og så videre.

Det næste diagram viser processen med at optimere og beregne induktorer i SMPS til en buck converter-applikation.

Circuit Diagram Buck Converter

Den samme proces gælder også for denne opsætning, som det blev gjort med det ovenfor forklarede boostkonverterdesign.

Som det kan ses, ændres outputtrinnet nu med en opsat konverter, der nu udskiftes transistorer med PNP-typer, og induktorens positioner, dioden ændres passende.

Ved at bruge ovenstående to metoder kan enhver således bestemme eller beregne induktorer i buck boost-smps-kredsløb uden at bruge komplekse og umulige formler.




Forrige: Sådan fungerer Boost-konvertere Næste: 2 enkle spænding til frekvensomformerkredsløb forklaret