Beregning av induktorer i Buck Boost Converters

I dette innlegget prøver vi å forstå metoden for dimensjonering eller beregning av induktorer i kretsløpskonverteringskretser for å sikre optimal ytelse fra disse enhetene.

Vi tar eksemplet med IC 555 boost converter og IC 555 buck converter typologier, og prøver å forstå optimaliseringsteknikkene gjennom ligninger og manuelle justeringer, for å oppnå den mest optimale utgangssvaret fra disse converter-designene.

I noen få av mine tidligere innlegg studerte vi grundig om hvordan SMPS bukk- og boost-omformere fungerer, og vi trakk også noen grunnleggende formler for å evaluere viktige parametere som spenning, strøm og induktans i disse omformerkretsene.

Det kan være lurt å oppsummere detaljene fra følgende artikler før du går i gang med denne artikkelen som handler om induktorens designmetoder.

Hvordan Boost Converters fungerer

Hvordan Buck Converters fungerer

Grunnleggende Buck Boost-ligninger

For å beregne induktorer i SMP-kretser for boost-boost, kan vi utlede følgende to avsluttende formler for henholdsvis en buck-converter og en boost-omformer:

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

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

Her D = Driftssyklus, som er = Transistor PÅ-tid / PÅ + AV-tid for hver PWM-syklus

Vo = Utgangsspenning fra omformeren

Vin = Inngangsspenning til omformeren

Fra ovenstående avledede formler kan vi forstå at de tre grunnleggende parametrene som kan brukes til å dimensjonere utgangen i en SMPS-basert krets er:

Hovedparametere assosiert med Buck Boost Converter

1) Duty cycle

2) Transistor PÅ / AV-tid

3) Og inngangsspenningsnivået.

Dette innebærer at ved å justere en av parametrene ovenfor blir det mulig å skreddersy utgangsspenningen fra omformeren. Denne justeringen kan implementeres manuelt eller automatisk gjennom en selvjusterende PWM-krets.

Selv om formlene ovenfor tydelig forklarer hvordan du optimaliserer utgangsspenningen fra en bukk- eller boost-omformer, vet vi fortsatt ikke hvordan induktoren kan bygges for å få en optimal respons i disse kretsene.

Du kan finne mange forseggjorte og undersøkte formler for å løse dette problemet, men ingen ny hobby eller noen elektronisk entusiast vil være interessert i å faktisk slite med disse komplekse formlene for de nødvendige verdiene, som faktisk kan ha større mulighet til å gi feilaktige resultater på grunn av deres kompleksitet. .

Den bedre og mer effektive ideen er å 'beregne' induktorverdien med et eksperimentelt oppsett og gjennom en praktisk prøve- og feilprosess som forklart i de følgende avsnittene.

Konfigurer en Boost Converter med IC 555

En enkel IC 555-basert boost- og buck-omformer-design er vist nedenfor som kan brukes til å bestemme best mulig induktorverdi for en bestemt SMPS boost-omformerkrets.

Induktoren L kan innledningsvis fremstilles vilkårlig.

De tommelfingerregelen er å bruke antall svinger litt høyere enn forsyningsspenningen Derfor, hvis forsyningsspenningen er 12V, kan antall omdreininger være rundt 15 omdreininger.

1. Den må vikles over en passende ferrittkjerne, som kan være en ferritring eller en ferritstang, eller over en EE-kjerneanordning.
2. Ledningens tykkelse bestemmes av forsterkerkravet som i utgangspunktet ikke vil være en relevant parameter, og derfor kan en hvilken som helst tynn kobberemaljert ledning fungere, rundt 25 SWG.
3. Senere, i henhold til gjeldende spesifikasjoner for den tiltenkte designen, kan flere ledninger legges til parallelt med induktoren mens den vikles for å gjøre den kompatibel med den spesifiserte ampereverdien.
4. Induktorens diameter vil avhenge av frekvensen, høyere frekvens vil tillate mindre diametre og omvendt. For å være mer presis, blir induktansen som tilbys av induktoren høyere når frekvensen økes, derfor må denne parameteren bekreftes gjennom en separat test ved bruk av samme IC 555-oppsett.

Kretsdiagram Boost Converter

Optimalisering av potensiometerkontrollene

Ovennevnte oppsett viser en grunnleggende IC 555 PWM-krets, som er utstyrt med separate potensiometre for å muliggjøre en justerbar frekvens, og en justerbar PWM-utgang på pin # 3.

Pin # 3 kan sees koblet til en standard boost-omformerkonfigurasjon ved hjelp av TIP122-transistoren induktoren L, dioden BA159 og en kondensator C.

Transistoren BC547 er introdusert for å begrense strømmen over TIP122 slik at under justeringsprosessen når pottene blir justert, får TIP122 aldri lov til å krysse nedbrytingspunktet, og dermed beskytter BC547 TIP122 mot for stor strøm og gjør prosedyren trygg og idiotsikker for brukeren.

Utgangsspenningen eller boostspenningen overvåkes over C for maksimal optimal respons under hele testprosessen.

IC 555 boost-omformeren kan deretter optimaliseres manuelt gjennom følgende trinn:

• I utgangspunktet setter du PWM-potten til å produsere den smaleste mulige PWM ved pin # 3, og frekvensen justeres til ca 20 kHz.
• Ta et digitalt multimeter som er festet over 100 V DC-området, og koble produktene over C med passende polaritet.
• Deretter justerer du PWM-potten gradvis og overvåker så lenge spenningen over C fortsetter å stige. I det øyeblikket du finner denne spenningen faller, gjenopprett justeringen til forrige posisjon som ga høyest mulig spenning på potten, og fest denne potten / forhåndsinnstilte posisjonen som det optimale punktet for den valgte induktoren.
• Etter dette justerer du frekvenspotten på samme måte for ytterligere optimalisering av spenningsnivået over C, og stiller den til å oppnå det mest effektive frekvenspunktet for den valgte induktoren.
• For å bestemme driftssyklusen kan man muligens sjekke PWM-motstandsforholdet, som ville være direkte proporsjonalt med merkeplassforholdet til pin nr. 3 utgangs-syklus.
• Frekvensverdien kan læres gjennom en frekvensmåler eller ved å bruke frekvensområdet over den gitte DMM hvis den har anlegget, kan dette kontrolleres ved pin nr. 3 på IC.

Spoleparametrene dine er nå bestemt og kan brukes til hvilken som helst boost-omformer for best mulig respons.

Bestemme strøm for induktoren

Den nåværende spesifikasjonen til induktoren kan økes ved å bruke mange parallelle ledninger mens du vikler den, si for eksempel at du kan bruke rundt 5 ns 26SWG-ledninger parallelt for å gi induktoren mulighet til å håndtere 5 lamper med strøm. og så videre.

Det neste diagrammet viser prosessen med å optimalisere og beregne induktorer i SMPS, for en buck converter-applikasjon.

Kretsdiagram Buck Converter

Den samme prosessen gjelder også for dette oppsettet, som det ble gjort med den ovennevnte forklaringen på boost converter.

Som det fremgår er utgangstrinnet nå endret med en bukkomformer satt opp, transistorene erstattes nå med PNP-typer og posisjonene til induktoren, dioden endres riktig.

Dermed, ved å bruke de to ovennevnte metodene, kan noen bestemme eller beregne induktorer i buck boost smps-kretser uten å bruke komplekse og umulige formler.