Calculul inductoarelor în convertoarele Buck Boost

În această postare încercăm să înțelegem metoda de dimensionare sau de calcul a inductoarelor în circuitele convertorului Buck Boost pentru a asigura o performanță optimă de la aceste dispozitive.

Luăm exemplul tipurilor de convertor de impuls IC 555 și tipuri de convertor IC 555 și încercăm să înțelegem tehnicile de optimizare prin ecuații și ajustări manuale, pentru a obține cel mai optim răspuns de ieșire din aceste modele de convertoare.

În câteva dintre postările mele anterioare am studiat în mod cuprinzător modul în care funcționează convertoarele SMPS buck și boost și am dedus, de asemenea, câteva formule fundamentale pentru evaluarea parametrilor importanți, cum ar fi tensiunea, curentul și inductanța în aceste circuite convertoare.

Poate doriți să rezumați detaliile din articolele următoare, înainte de a începe acest articol care se ocupă cu metodele de proiectare a inductorului.

Cum funcționează convertoarele Boost

Cum funcționează convertizoarele Buck

Ecuații de bază Buck Boost

Pentru calcularea inductoarelor din circuitele SMPS Buck Boost, am putea obține următoarele două formule concluzive pentru un convertor Buck și respectiv pentru un convertor Boost:

Vo = DVin ---------- Pentru Buck Converter

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

Aici D = Ciclul de funcționare, care este = timpul tranzistorului ON / ON + OFF timp al fiecărui ciclu PWM

Vo = Tensiunea de ieșire de la convertor

Vin = Tensiunea de alimentare de intrare la convertor

Din formulele derivate de mai sus, putem înțelege că cei 3 parametri de bază care pot fi utilizați pentru dimensionarea ieșirii într-un circuit bazat pe SMPS sunt:

Parametrii principali asociați cu Buck Boost Converter

1) Ciclul de datorie

2) Timpul ON / OFF al tranzistorului

3) Și nivelul de tensiune de intrare.

Aceasta implică faptul că, prin ajustarea adecvată a oricăruia dintre parametrii de mai sus, devine posibilă adaptarea tensiunii de ieșire de la convertor. Această reglare ar putea fi implementată manual sau automat printr-un circuit PWM de auto-reglare.

Deși formulele de mai sus explică în mod clar cum să optimizăm tensiunea de ieșire dintr-un convertor Buck sau Boost, încă nu știm cum poate fi construit inductorul pentru a obține un răspuns optim în aceste circuite.

S-ar putea să găsiți multe formule elaborate și cercetate pentru soluționarea acestei probleme, cu toate acestea, nici un nou hobbyist sau orice entuziast electronic nu ar fi interesat să lupte cu aceste formule complexe pentru valorile cerute, care ar putea avea de fapt mai multe posibilități de a oferi rezultate eronate datorită complexității lor .

Ideea mai bună și mai eficientă este să „calculăm” valoarea inductorului printr-o configurație experimentală și printr-un proces practic de încercare și eroare, după cum se explică în paragrafele următoare.

Configurați un convertor Boost folosind IC 555

Mai jos sunt prezentate un model simplu de creștere și convertor bazat pe IC 555, care ar putea fi utilizat pentru a determina cea mai bună valoare posibilă a inductorului pentru un anumit circuit de convertor de boost SMPS.

Inductorul L poate fi realizat inițial în mod arbitrar.

regula degetului mare este să folosiți numărul de ture puțin mai mare decât tensiunea de alimentare , prin urmare, dacă tensiunea de alimentare este de 12V, numărul de spire ar putea fi de aproximativ 15 spire.

1. Acesta trebuie să fie înfășurat pe un miez de ferită adecvat, care ar putea fi un inel de ferită sau o tijă de ferită sau peste un ansamblu de miez EE.
2. Grosimea firului este determinată de cerința amplificatorului, care inițial nu va fi un parametru relevant, prin urmare, orice sârmă emailată din cupru relativ subțire ar funcționa, poate fi în jur de 25 SWG.
3. Ulterior, conform specificațiilor actuale ale proiectului intenționat, s-ar putea adăuga un număr mai mare de fire în paralel cu inductorul în timp ce îl înfășurați, pentru a-l face compatibil cu amperul specificat.
4. Diametrul inductorului va depinde de frecvență, frecvența mai mare ar permite diametre mai mici și invers. Pentru a fi mai precis, inductanța oferită de inductor devine mai mare odată cu creșterea frecvenței, prin urmare acest parametru va trebui confirmat printr-un test separat folosind același set IC 555.

Schema circuitului Convertor Boost

Optimizarea comenzilor potențiometrului

Configurarea de mai sus prezintă un circuit de bază IC 555 PWM, care este echipat cu potențiometre separate pentru a permite o frecvență reglabilă și o ieșire PWM reglabilă la pinul său # 3.

Pinul 3 poate fi văzut conectat la o configurație standard a convertorului de impuls folosind tranzistorul TIP122 inductorul L, dioda BA159 și un condensator C.

Tranzistorul BC547 este introdus pentru a limita curentul pe TIP122, astfel încât în ​​timpul procesului de reglare, când poturile sunt modificate, TIP122 nu are voie să treacă punctul de avarie, astfel BC547 protejează TIP122 de curent excesiv și face procedura sigură și infailibil pentru utilizator.

Tensiunea de ieșire sau tensiunea de impuls sunt monitorizate pe C pentru un răspuns optim maxim pe parcursul întregului proces de testare.

Convertorul IC 555 boost poate fi apoi optimizat manual prin următorii pași:

• Inițial, setați potul PWM pentru a produce cel mai îngust PWM posibil la pinul 3, iar frecvența este ajustată la aproximativ 20kHz.
• Luați un multimetru digital fixat peste o gamă de curent continuu de 100 V și conectați dispozitivele în C cu polaritatea adecvată.
• Apoi, reglați treptat potul PWM și monitorizați atâta timp cât tensiunea pe C continuă să crească. În momentul în care constatați că această tensiune scade, restabiliți ajustarea la poziția anterioară, care a dat cea mai mare tensiune posibilă pe pot, și fixați această poziție pot / presetată ca punct optim pentru inductorul selectat.
• După aceasta, modificați potul de frecvență în mod similar pentru o optimizare suplimentară a nivelului de tensiune pe C și setați-l pentru a atinge cel mai eficient punct de frecvență, pentru inductorul selectat.
• Pentru determinarea ciclului de funcționare, s-ar putea verifica raportul de rezistență al vasului PWM, care ar fi direct proporțional cu raportul de spațiu de marcare al ciclului de funcționare a ieșirii pinului 3.
• Valoarea frecvenței ar putea fi învățată printr-un contor de frecvență sau utilizând gama de frecvențe în DMM-ul dat, dacă acesta are facilitatea, acest lucru ar putea fi verificat la pinul 3 al IC.

Parametrii inductorului dvs. sunt acum determinați și ar putea fi utilizați pentru orice convertor boost pentru cel mai bun răspuns optim.

Determinarea curentului pentru inductor

Specificația actuală a inductorului ar putea fi mărită prin simpla utilizare a mai multor fire paralele în timp ce se înfășoară, de exemplu, puteți folosi aproximativ 5 numere de fire 26SWG în paralel pentru a permite inductorului să gestioneze 5 amp de curent. și așa mai departe.

Următoarea diagramă arată procesul de optimizare și calcul al inductoarelor în SMPS, pentru o aplicație de conversie buck.

Schema circuitului Convertor Buck

Același proces se aplică și pentru această setare, așa cum s-a făcut cu designul convertorului de impuls explicat mai sus.

După cum se poate vedea, etapa de ieșire este acum modificată cu un convertor Buck configurat, tranzistoarele sunt acum înlocuite cu tipuri PNP și pozițiile inductorului, dioda s-a schimbat corespunzător.

Astfel, prin utilizarea celor două metode de mai sus, oricine poate determina sau calcula inductori în circuitele SMPS Buck Boost fără a utiliza formule complexe și irealizabile.