ในโพสต์นี้เราพยายามทำความเข้าใจวิธีการวัดขนาดหรือการคำนวณตัวเหนี่ยวนำในวงจรตัวแปลงบั๊กบูสต์เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์เหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงสุด
เรานำตัวอย่างของ IC 555 boost converter และ IC 555 buck converter typologies และพยายามทำความเข้าใจเทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพผ่านสมการและการปรับด้วยตนเองเพื่อให้ได้การตอบสนองเอาต์พุตที่ดีที่สุดจากการออกแบบตัวแปลงเหล่านี้
ในโพสต์ก่อนหน้านี้เราได้ศึกษาอย่างละเอียดเกี่ยวกับวิธีการทำงานของตัวแปลง SMPS และบูสต์คอนเวอร์เตอร์และเรายังสรุปสูตรพื้นฐานบางประการสำหรับการประเมินพารามิเตอร์ที่สำคัญเช่นแรงดันกระแสและการเหนี่ยวนำในวงจรคอนเวอร์เตอร์เหล่านี้
คุณอาจต้องการสรุปรายละเอียดจากบทความต่อไปนี้ก่อนที่จะเริ่มดำเนินการในบทความปัจจุบันซึ่งเกี่ยวข้องกับวิธีการออกแบบตัวเหนี่ยวนำ
Boost Converters ทำงานอย่างไร
Buck Converters ทำงานอย่างไร
สมการ Buck Boost ขั้นพื้นฐาน
สำหรับการคำนวณตัวเหนี่ยวนำในวงจร SMPS เพิ่มบัคเราสามารถหาสูตรสรุปสองสูตรต่อไปนี้สำหรับตัวแปลงบั๊กและสำหรับตัวแปลงบูสต์ตามลำดับ:
Vo = DVin ---------- สำหรับ Buck Converter
Vo = Vin / (1 - D) ---------- สำหรับ Boost Converter
ที่นี่ D = Duty Cycle ซึ่งก็คือ = Transistor ON time / ON + OFF time ของแต่ละรอบ PWM
Vo = แรงดันขาออกจากตัวแปลง
Vin = แรงดันไฟฟ้าอินพุตไปยังตัวแปลง
จากสูตรที่ได้รับข้างต้นเราสามารถเข้าใจได้ว่าพารามิเตอร์พื้นฐาน 3 ตัวที่สามารถใช้สำหรับการกำหนดขนาดเอาต์พุตในวงจรที่ใช้ SMPS คือ:
พารามิเตอร์หลักที่เกี่ยวข้องกับ Buck Boost Converter
1) รอบการทำงาน
2) เวลาเปิด / ปิดทรานซิสเตอร์
3) และระดับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
นี่หมายความว่าการปรับพารามิเตอร์ใด ๆ ข้างต้นอย่างเหมาะสมจะทำให้สามารถปรับแต่งแรงดันไฟฟ้าขาออกจากตัวแปลงได้ การปรับแต่งนี้สามารถดำเนินการด้วยตนเองหรือโดยอัตโนมัติผ่านวงจร PWM ที่ปรับได้เอง
แม้ว่าสูตรข้างต้นจะอธิบายอย่างชัดเจนถึงวิธีการปรับแรงดันเอาต์พุตจากตัวแปลงบั๊กหรือบูสต์ให้เหมาะสม แต่เรายังไม่ทราบว่าตัวเหนี่ยวนำสามารถสร้างขึ้นเพื่อให้ได้การตอบสนองที่เหมาะสมที่สุดในวงจรเหล่านี้ได้อย่างไร
คุณอาจพบสูตรที่ซับซ้อนและค้นคว้ามากมายสำหรับการแก้ไขปัญหานี้อย่างไรก็ตามไม่มีมือสมัครเล่นใหม่หรือผู้ที่ชื่นชอบอิเล็กทรอนิกส์คนใดสนใจที่จะต่อสู้กับสูตรที่ซับซ้อนเหล่านี้เพื่อหาค่าที่ต้องการซึ่งอาจมีความเป็นไปได้มากกว่าในการให้ผลลัพธ์ที่ผิดพลาดเนื่องจากความซับซ้อน .
แนวคิดที่ดีและมีประสิทธิภาพมากขึ้นคือการ 'คำนวณ' ค่าตัวเหนี่ยวนำด้วยการตั้งค่าการทดลองและผ่านกระบวนการลองผิดลองถูกตามที่อธิบายไว้ในย่อหน้าต่อไปนี้
กำหนดค่า Boost Converter โดยใช้ IC 555
การออกแบบบูสต์และตัวแปลงบั๊กตาม IC 555 อย่างง่ายแสดงไว้ด้านล่างซึ่งสามารถใช้เพื่อกำหนดค่าตัวเหนี่ยวนำที่ดีที่สุดสำหรับวงจรคอนเวอร์เตอร์เสริม SMPS เฉพาะ
ตัวเหนี่ยวนำ L อาจถูกสร้างขึ้นโดยพลการในตอนแรก
กฎของหัวแม่มือคือการใช้จำนวนรอบที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย ดังนั้นหากแรงดันไฟฟ้าเป็น 12V จำนวนรอบอาจอยู่ที่ประมาณ 15 รอบ
- ต้องพันทับแกนเฟอร์ไรต์ที่เหมาะสมซึ่งอาจเป็นวงแหวนเฟอร์ไรต์หรือแกนเฟอร์ไรต์หรือทับชุดประกอบแกน EE
- ความหนาของลวดถูกกำหนดโดยข้อกำหนดของแอมป์ซึ่งในตอนแรกจะไม่เป็นพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องดังนั้นลวดเคลือบทองแดงที่ค่อนข้างบางจะใช้งานได้อาจอยู่ที่ประมาณ 25 SWG
- ในภายหลังตามข้อกำหนดปัจจุบันของการออกแบบที่ต้องการสามารถเพิ่มจำนวนสายไฟได้มากขึ้นขนานกับตัวเหนี่ยวนำในขณะที่คดเคี้ยวเพื่อให้เข้ากันได้กับระดับแอมแปร์ที่ระบุ
- เส้นผ่านศูนย์กลางของตัวเหนี่ยวนำจะขึ้นอยู่กับความถี่ความถี่ที่สูงขึ้นจะทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลงและในทางกลับกัน เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้นความเหนี่ยวนำที่เสนอโดยตัวเหนี่ยวนำจะสูงขึ้นเมื่อความถี่เพิ่มขึ้นดังนั้นพารามิเตอร์นี้จะต้องได้รับการยืนยันผ่านการทดสอบแยกต่างหากโดยใช้ IC 555 เดียวกันที่ตั้งค่าไว้
แผนภาพวงจร Boost Converter
การเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมโพเทนชิออมิเตอร์
การตั้งค่าข้างต้นแสดงวงจร IC 555 PWM พื้นฐานซึ่งติดตั้งโพเทนชิโอมิเตอร์แยกต่างหากสำหรับเปิดใช้งานความถี่ที่ปรับได้และ เอาต์พุต PWM ที่ปรับได้ ที่พิน # 3
สามารถมองเห็นพิน # 3 เชื่อมต่อกับคอนฟิกูเรชันบูสต์คอนเวอร์เตอร์มาตรฐานโดยใช้ทรานซิสเตอร์ TIP122 ตัวเหนี่ยวนำ L ไดโอด BA159 และตัวเก็บประจุ C
ทรานซิสเตอร์ BC547 ถูกนำมาใช้เพื่อ จำกัด กระแสไฟฟ้าใน TIP122 เพื่อที่ว่าในระหว่างกระบวนการปรับแต่งเมื่อหม้อกำลังปรับแต่ง TIP122 จะไม่ได้รับอนุญาตให้ข้ามจุดสลายดังนั้น BC547 จึงปกป้อง TIP122 จากกระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปและทำให้ขั้นตอนนี้ปลอดภัยและ เข้าใจผิดสำหรับผู้ใช้
แรงดันไฟฟ้าขาออกหรือแรงดันไฟฟ้าเพิ่มจะถูกตรวจสอบใน C เพื่อการตอบสนองที่เหมาะสมสูงสุดในระหว่างกระบวนการทดสอบทั้งหมด
ตัวแปลงบูสต์ IC 555 สามารถปรับให้เหมาะสมด้วยตนเองผ่านขั้นตอนต่อไปนี้:
- ในขั้นต้นให้ตั้งหม้อ PWM เพื่อสร้าง PWM ที่แคบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ที่ขา # 3 และปรับความถี่เป็นประมาณ 20kHz
- ใช้ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่กำหนดไว้เหนือช่วง 100 V DC และเชื่อมต่อหัววัดกับ C ด้วยขั้วที่เหมาะสม
- จากนั้นค่อยๆปรับหม้อ PWM และตรวจสอบตราบเท่าที่แรงดันไฟฟ้าใน C ยังคงสูงขึ้น ทันทีที่คุณพบว่าแรงดันไฟฟ้าลดลงให้เรียกคืนการปรับกลับไปที่ตำแหน่งก่อนหน้าซึ่งให้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้บนหม้อและกำหนดตำแหน่งหม้อ / ค่าที่ตั้งไว้นี้เป็นจุดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตัวเหนี่ยวนำที่เลือก
- หลังจากนี้ให้ปรับแต่งหม้อความถี่ในทำนองเดียวกันเพื่อปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมต่อไปใน C และตั้งค่าให้ได้จุดความถี่ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับตัวเหนี่ยวนำที่เลือก
- สำหรับการกำหนดรอบการทำงานคุณสามารถตรวจสอบอัตราส่วนความต้านทานหม้อ PWM ซึ่งจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราส่วนพื้นที่เครื่องหมายของรอบหน้าที่ขาออกของขา # 3
- ค่าความถี่สามารถเรียนรู้ผ่านเครื่องวัดความถี่หรือโดยใช้ช่วงความถี่ใน DMM ที่กำหนดหากมีสิ่งอำนวยความสะดวกนี้สามารถตรวจสอบได้ที่พิน # 3 ของ IC
ตอนนี้พารามิเตอร์ตัวเหนี่ยวนำของคุณได้รับการกำหนดแล้วและสามารถใช้สำหรับตัวแปลงเพิ่มใด ๆ เพื่อการตอบสนองที่เหมาะสมที่สุด
การกำหนดกระแสสำหรับตัวเหนี่ยวนำ
ข้อมูลจำเพาะปัจจุบันของตัวเหนี่ยวนำสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้สายคู่ขนานหลายเส้นในขณะที่คดเคี้ยวเช่นคุณสามารถใช้สาย 26SWG ประมาณ 5 nos ในแบบคู่ขนานเพื่อเพิ่มขีดความสามารถให้ตัวเหนี่ยวนำจัดการกับกระแสไฟฟ้า 5 แอมป์ และอื่น ๆ
แผนภาพถัดไปแสดงขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพและคำนวณตัวเหนี่ยวนำใน SMPS สำหรับแอปพลิเคชันตัวแปลงบั๊ก
ตัวแปลงบั๊กแผนภาพวงจร
กระบวนการเดียวกันนี้ใช้กับการตั้งค่านี้เช่นกันเช่นเดียวกับที่ทำกับการออกแบบตัวแปลงเพิ่มที่อธิบายไว้ข้างต้น
ดังที่เห็นได้ว่าสเตจเอาท์พุทได้รับการเปลี่ยนแปลงด้วยการติดตั้งตัวแปลงบั๊กปัจจุบันทรานซิสเตอร์จะถูกแทนที่ด้วยชนิด PNP และตำแหน่งของตัวเหนี่ยวนำไดโอดเปลี่ยนไปอย่างเหมาะสม
ดังนั้นโดยใช้สองวิธีข้างต้นทุกคนสามารถกำหนดหรือคำนวณตัวเหนี่ยวนำในวงจรบัคบูสต์ smps ได้โดยไม่ต้องใช้สูตรที่ซับซ้อนและเป็นไปไม่ได้
ก่อนหน้านี้: Boost Converters ทำงานอย่างไร ถัดไป: อธิบายวงจรแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่อย่างง่าย 2 แบบ