การคำนวณตัวเหนี่ยวนำในตัวแปลง Buck Boost

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





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

  1. ต้องพันทับแกนเฟอร์ไรต์ที่เหมาะสมซึ่งอาจเป็นวงแหวนเฟอร์ไรต์หรือแกนเฟอร์ไรต์หรือทับชุดประกอบแกน EE
  2. ความหนาของลวดถูกกำหนดโดยข้อกำหนดของแอมป์ซึ่งในตอนแรกจะไม่เป็นพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องดังนั้นลวดเคลือบทองแดงที่ค่อนข้างบางจะใช้งานได้อาจอยู่ที่ประมาณ 25 SWG
  3. ในภายหลังตามข้อกำหนดปัจจุบันของการออกแบบที่ต้องการสามารถเพิ่มจำนวนสายไฟได้มากขึ้นขนานกับตัวเหนี่ยวนำในขณะที่คดเคี้ยวเพื่อให้เข้ากันได้กับระดับแอมแปร์ที่ระบุ
  4. 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