Výpočet induktorov v prevodníkoch zosilňovača Buck Boost

V tomto príspevku sa pokúsime porozumieť metóde dimenzovania alebo výpočtu induktorov v obvodoch prevodníka zosilňovača zosilnenia, aby sme zaistili optimálny výkon týchto zariadení.

Vezmeme si príklad typológií zosilňovača IC 555 a konvertorov IC 555 buck prevodníka a pokúsime sa porozumieť optimalizačným technikám pomocou rovníc a manuálnych úprav, aby sme dosiahli najoptimálnejšiu výstupnú odozvu z týchto návrhov prevodníkov.

V niekoľkých mojich predchádzajúcich príspevkoch sme komplexne študovali fungovanie prevodníkov SMPS buck a boost a tiež sme odvodili niekoľko základných vzorcov na hodnotenie dôležitých parametrov, ako je napätie, prúd a indukčnosť v týchto obvodoch prevodníka.

Možno budete chcieť zosumarizovať podrobnosti z nasledujúcich článkov predtým, ako sa pustíte do tohto článku, ktorý sa zaoberá metódami návrhu induktorov.

Ako fungujú konvertory Boost

Ako fungujú prevádzače Buck

Základné rovnice zosilňovania Buck

Na výpočet induktorov v obvodoch SMPS s buck boostom by sme mohli odvodiť nasledujúce dva záverečné vzorce pre prevodník buck a pre zosilňovač:

Vo = DVin ---------- Pre prevodník buckov

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

Tu D = pracovný cyklus, čo je = čas zapnutia tranzistora / čas ZAPNUTIA + VYPNUTIA každého cyklu PWM

Vo = výstupné napätie z prevodníka

Vin = Vstupné napájacie napätie pre prevodník

Z vyššie odvodených vzorcov môžeme pochopiť, že 3 základné parametre, ktoré možno použiť na dimenzovanie výstupu v obvode založenom na SMPS, sú:

Hlavné parametre spojené s prevodníkom Buck Boost Converter

1) Pracovný cyklus

2) Čas zapnutia / vypnutia tranzistora

3) A úroveň vstupného napätia.

To znamená, že vhodným nastavením ktoréhokoľvek z vyššie uvedených parametrov je možné prispôsobiť výstupné napätie z prevodníka. Túto úpravu je možné vykonať manuálne alebo automaticky prostredníctvom samonastavovacieho obvodu PWM.

Aj keď vyššie uvedené vzorce jasne vysvetľujú, ako optimalizovať výstupné napätie z prevodníka buck alebo boost, stále nevieme, ako je možné zostaviť induktor na získanie optimálnej odozvy v týchto obvodoch.

Môžete nájsť veľa prepracovaných a preskúmaných vzorcov riešenia tejto otázky, avšak žiadny nový nadšenec ani žiadny nadšenec elektroniky by nemal záujem skutočne bojovať s týmito zložitými vzorcami o požadované hodnoty, ktoré by vďaka svojej zložitosti mohli mať v skutočnosti väčšiu možnosť poskytovania chybných výsledkov. .

Lepšou a efektívnejšou myšlienkou je „vypočítať“ hodnotu induktora pomocou experimentálneho nastavenia a prostredníctvom praktického pokusu a omylu, ako je vysvetlené v nasledujúcich odsekoch.

Nakonfigurujte zosilňovač pomocou IC 555

Ďalej sú zobrazené jednoduché návrhy zosilňovača a prevodníka Buck založené na IC 555, ktoré by sa mohli použiť na určenie najlepšej možnej hodnoty induktora pre konkrétny obvod zosilňovača zosilňovača SMPS.

Induktor L môže byť spočiatku vyrobený ľubovoľne.

The palcovým pravidlom je použiť počet závitov o niečo vyšší ako napájacie napätie , preto ak je napájacie napätie 12V, počet závitov by mohol byť okolo 15 závitov.

1. Musí byť navinutý na vhodné feritové jadro, ktorým môže byť feritový kruh alebo feritová tyč, alebo na zostavu jadra EE.
2. Hrúbka drôtu je určená požiadavkou na zosilňovač, ktorá spočiatku nebude relevantným parametrom, takže akýkoľvek relatívne tenký medený smaltovaný drôt by mohol fungovať, môže byť okolo 25 SWG.
3. Neskôr podľa súčasných špecifikácií zamýšľaného dizajnu bolo možné paralelne k induktoru pri jeho navíjaní pridať viac vodičov, aby bola kompatibilná so špecifikovanou ampérovou hodnotou.
4. Priemer induktora bude závisieť od frekvencie, vyššia frekvencia by umožňovala menšie priemery a naopak. Presnejšie povedané, indukčnosť ponúkaná induktorom sa zvyšuje so zvyšovaním frekvencie, preto bude potrebné tento parameter potvrdiť samostatným testom s rovnakým nastavením IC 555.

Prevodník zosilnenia obvodového diagramu

Optimalizácia ovládacích prvkov potenciometra

Vyššie uvedené nastavenie ukazuje základný obvod IC 555 PWM, ktorý je vybavený samostatnými potenciometrami pre povolenie nastaviteľnej frekvencie a nastaviteľný výstup PWM na svojom čape # 3.

Kolík 3 je pripojený k štandardnej konfigurácii zosilňovača pomocou tranzistora TIP122, induktora L, diódy BA159 a kondenzátora C.

Tranzistor BC547 je zavedený s cieľom obmedziť prúd cez TIP122, takže počas procesu nastavenia, keď sú ladené hrnce, TIP122 nikdy nesmie prekročiť bod rozbitia, čím BC547 chráni TIP122 pred nadmerným prúdom a robí postup bezpečný a spoľahlivý pre používateľa.

Výstupné napätie alebo zosilňovacie napätie sa monitoruje cez C, aby sa dosiahla maximálna optimálna odozva počas celého procesu testovania.

Prevodník zosilnenia IC 555 by potom mohol byť manuálne optimalizovaný pomocou nasledujúcich krokov:

• Spočiatku nastavte PWM pot na produkciu najužšieho možného PWM na pin # 3 a frekvencia je upravená na asi 20kHz.
• Vezmite digitálny multimetr fixovaný na viac ako 100 V DC a pripojte hroty cez C s príslušnou polaritou.
• Ďalej postupne upravujte PWM pot a monitorujte, pokiaľ napätie na C bude stále stúpať. V okamihu, keď zistíte, že toto napätie klesá, obnovte nastavenie do predchádzajúcej polohy, pri ktorej bolo na zdroji najvyššie možné napätie, a zafixujte túto polohu v predvoľbe / predvoľbe ako optimálny bod pre vybraný induktor.
• Potom podobne upravte frekvenčný potenciometr pre ďalšiu optimalizáciu úrovne napätia v C a nastavte ho tak, aby dosiahol najefektívnejší frekvenčný bod pre vybraný induktor.
• Na určenie pracovného cyklu by sa dalo skontrolovať pomer odporu PWM potu, ktorý by bol priamo úmerný pomeru značkového priestoru výstupného pracovného cyklu kolíka # 3.
• Hodnotu frekvencie je možné zistiť pomocou merača frekvencie alebo použitím frekvenčného rozsahu v danom DMM, ak má dané zariadenie, čo je možné skontrolovať na kolíku č. 3 integrovaného obvodu.

Vaše parametre induktora sú teraz určené a mohli by sa použiť pre akýkoľvek zosilňovací prevodník, aby ste dosiahli najlepšiu optimálnu odozvu.

Stanovenie prúdu pre induktor

Súčasné parametre induktora by sa mohli zvýšiť jednoduchým použitím mnohých paralelných vodičov pri ich navíjaní, napríklad by ste mohli paralelne použiť približne 5 nosov vodičov 26SWG na posilnenie induktora tak, aby zvládol prúd 5 ampérov. a tak ďalej.

Nasledujúci diagram zobrazuje proces optimalizácie a výpočtu tlmiviek v aplikácii SMPS pre aplikáciu prevodníka buck.

Obvodový diagram prevodník Buck

Rovnaký postup platí aj pre toto nastavenie, ako to bolo v prípade vyššie vysvetleného dizajnu zosilňovacieho prevodníka.

Ako je vidieť, výstupný stupeň je teraz zmenený s nastaveným buck prevodníkom, tranzistory sú teraz nahradené typmi PNP a polohy induktora, dióda sa príslušne zmenila.

Použitím vyššie uvedených dvoch metód teda môže ktokoľvek určiť alebo vypočítať induktory v obvodoch smps zosilňovačov buck boost bez použitia zložitých a nerealizovateľných vzorcov.