Buck Boost Çeviricilerde İndüktörlerin Hesaplanması

Bu yazıda, bu cihazlardan en iyi performansı sağlamak için buck boost dönüştürücü devrelerindeki indüktörleri boyutlandırma veya hesaplama yöntemini anlamaya çalışıyoruz.

IC 555 artırıcı dönüştürücü ve IC 555 buck dönüştürücü tipolojileri örneğini alıyoruz ve bu dönüştürücü tasarımlarından en uygun çıktı yanıtını elde etmek için optimizasyon tekniklerini denklemler ve manuel ayarlamalar yoluyla anlamaya çalışıyoruz.

Daha önceki gönderilerimden birkaçında, SMPS dönüştürücülerin nasıl çalıştığını kapsamlı bir şekilde inceledik ve ayrıca bu dönüştürücü devrelerindeki voltaj, akım ve endüktans gibi önemli parametreleri değerlendirmek için birkaç temel formül çıkardık.

İndüktör tasarım yöntemlerini ele alan bu makaleye geçmeden önce aşağıdaki makalelerden ayrıntıları özetlemek isteyebilirsiniz.

Boost Dönüştürücüler Nasıl Çalışır?

Buck Dönüştürücüleri Nasıl Çalışır?

Temel Buck Boost Denklemleri

Buck boost SMPS devrelerindeki indüktörleri hesaplamak için, sırasıyla bir buck dönüştürücü ve bir boost dönüştürücü için aşağıdaki iki sonuç formülünü türetebiliriz:

Vo = DVin ---------- Buck Converter için

Vo = Vin / (1 - D) ---------- Boost Dönüştürücü için

Burada D = Görev Döngüsü, = Transistör AÇIK süresi / Her PWM döngüsünün AÇIK + KAPALI süresi

Vo = Dönüştürücüden Çıkış Voltajı

Vin = Dönüştürücüye giriş besleme voltajı

Yukarıdaki türetilmiş formüllerden, SMPS tabanlı bir devrede çıkışı boyutlandırmak için kullanılabilecek 3 temel parametrenin şunlar olduğunu anlayabiliriz:

Buck Boost Converter ile İlişkili Ana Parametreler

1) Görev döngüsü

2) Transistör AÇMA / KAPAMA süresi

3) Ve Giriş Voltajı seviyesi.

Bu, yukarıdaki parametrelerden herhangi birinin uygun şekilde ayarlanmasıyla, dönüştürücüden çıkış voltajını uyarlamanın mümkün hale geldiği anlamına gelir. Bu ayarlama, kendinden ayarlı bir PWM devresi aracılığıyla manuel veya otomatik olarak gerçekleştirilebilir.

Yukarıdaki formüller, çıkış voltajını bir buck veya boost dönüştürücüden nasıl optimize edeceğinizi açıkça açıklasa da, bu devrelerde optimum yanıt almak için indüktörün nasıl inşa edilebileceğini hala bilmiyoruz.

Bu sorunu çözmek için birçok ayrıntılı ve araştırılmış formül bulabilirsiniz, ancak hiçbir yeni hobisi veya herhangi bir elektronik meraklısı, gerekli değerler için bu karmaşık formüllerle gerçekten mücadele etmekle ilgilenmeyecektir, ki bu aslında karmaşıklıkları nedeniyle hatalı sonuçlar sağlama olasılığı daha yüksektir .

Daha iyi ve daha etkili fikir, indüktör değerini deneysel bir kurulumla ve aşağıdaki paragraflarda açıklandığı gibi bazı pratik deneme yanılma süreciyle 'hesaplamaktır'.

IC 555 Kullanarak Bir Yükseltme Dönüştürücüsünü Yapılandırma

Belirli bir SMPS yükseltici dönüştürücü devresi için mümkün olan en iyi indüktör değerini belirlemek için kullanılabilecek basit bir IC 555 tabanlı yükseltme ve düşürücü dönüştürücü tasarımları aşağıda gösterilmiştir.

İndüktör L başlangıçta isteğe bağlı olarak yapılabilir.

Temel kural, besleme voltajından biraz daha yüksek dönüş sayısını kullanmaktır bu nedenle besleme voltajı 12V ise, dönüş sayısı yaklaşık 15 tur olabilir.

1. Bir ferrit halka veya bir ferrit çubuk olabilecek uygun bir ferrit çekirdek üzerine veya bir EE çekirdek düzeneği üzerine sarılmalıdır.
2. Telin kalınlığı, başlangıçta ilgili bir parametre olmayacak olan amper gereksinimi tarafından belirlenir, bu nedenle nispeten ince bakır emaye teller işe yarayabilir, yaklaşık 25 SWG olabilir.
3. Daha sonra, amaçlanan tasarımın mevcut özelliklerine göre, belirtilen amper değeriyle uyumlu hale getirmek için sarılırken indüktöre paralel olarak daha fazla sayıda kablo eklenebilir.
4. İndüktörün çapı frekansa bağlı olacaktır, daha yüksek frekans daha küçük çaplara izin verir ve bunun tersi de geçerlidir. Daha kesin olmak gerekirse, indüktör tarafından sunulan endüktans, frekans arttıkça yükselir, bu nedenle bu parametrenin aynı IC 555 kurulumunu kullanan ayrı bir testle doğrulanması gerekecektir.

Devre Şeması Güçlendirme Dönüştürücü

Potansiyometre Kontrollerini Optimize Etme

Yukarıdaki kurulum, ayarlanabilir bir frekansı etkinleştirmek için ayrı potansiyometrelerle donatılmış temel bir IC 555 PWM devresini ve ayarlanabilir PWM çıkışı 3. piminde.

Pin # 3, TIP122 transistörü, indüktör L, diyot BA159 ve bir kapasitör C kullanılarak standart bir yükseltici dönüştürücü konfigürasyonuna bağlı olarak görülebilir.

Transistör BC547, TIP122 boyunca akımı sınırlandırmak için tanıtıldı, böylece ayar işlemi sırasında tencere ince ayar yapılırken TIP122'nin arıza noktasını geçmesine asla izin verilmez, böylece BC547, TIP122'yi aşırı akımdan korur ve prosedürü güvenli hale getirir ve kullanıcı için kusursuz.

Çıkış voltajı veya yükseltme voltajı, tüm test süreci boyunca maksimum optimum yanıt için C boyunca izlenir.

IC 555 artırıcı dönüştürücü, aşağıdaki adımlarla manuel olarak optimize edilebilir:

• Başlangıçta, PWM potunu mümkün olan en dar PWM'yi # 3 numaralı pimde üretecek şekilde ayarlayın ve frekans yaklaşık 20 kHz'e ayarlanır.
• 100 V DC aralığının üzerinde sabitlenmiş bir dijital multimetre alın ve prodları C'ye uygun polariteyle bağlayın.
• Ardından, PWM potunu kademeli olarak ayarlayın ve C üzerindeki voltaj yükselmeye devam ettiği sürece izleyin. Bu voltajın düştüğünü bulduğunuz an, ayarı potta mümkün olan en yüksek voltajı veren önceki konuma geri yükleyin ve bu pot / önceden ayarlanmış konumu seçilen indüktör için en uygun nokta olarak sabitleyin.
• Bundan sonra, C boyunca voltaj seviyesinin daha fazla optimizasyonu için frekans potunu benzer şekilde ayarlayın ve seçilen indüktör için en etkili frekans noktasını elde etmek için ayarlayın.
• Görev döngüsünü belirlemek için, pin # 3 çıkış görev döngüsünün işaret alanı oranıyla doğrudan orantılı olan PWM pot direnç oranı muhtemelen kontrol edilebilir.
• Frekans değeri, bir frekans ölçer aracılığıyla veya tesise sahipse, verilen DMM'deki frekans aralığı kullanılarak öğrenilebilir, bu, IC'nin 3 numaralı pininde kontrol edilebilir.

İndüktör parametreleriniz artık belirlenir ve en iyi optimum yanıt için herhangi bir yükseltme dönüştürücü için kullanılabilir.

İndüktör için Akımın Belirlenmesi

İndüktörün akım spesifikasyonu, onu sararken birçok paralel kablo kullanılarak artırılabilir, örneğin, indüktörü 5 amper akımı işlemek için güçlendirmek için paralel olarak yaklaşık 5 adet 26SWG tel kullanabilirsiniz. ve bunun gibi.

Bir sonraki diyagram, bir buck dönüştürücü uygulaması için SMPS'deki indüktörleri optimize etme ve hesaplama sürecini göstermektedir.

Devre Şeması Buck Dönüştürücü

Yukarıda açıklanan yükseltici dönüştürücü tasarımında yapıldığı gibi aynı işlem bu kurulum için de geçerlidir.

Görülebileceği gibi, çıkış aşaması şimdi bir buck dönüştürücü kurulumuyla değiştirildi, transistörler artık PNP tipleriyle değiştirildi ve indüktör, diyotun konumları uygun şekilde değiştirildi.

Bu nedenle, yukarıdaki iki yöntemi kullanarak, herkes karmaşık ve uygulanabilir olmayan formüller kullanmadan buck boost smps devrelerindeki indüktörleri belirleyebilir veya hesaplayabilir.