Beräkning av induktorer i Buck Boost-omvandlare

I det här inlägget försöker vi förstå metoden för dimensionering eller beräkning av induktorer i kretsar för boost-omvandlare för att säkerställa en optimal prestanda från dessa enheter.

Vi tar exemplet med IC 555 boost converter och IC 555 buck converter typologier, och försöker förstå optimeringsteknikerna genom ekvationer och manuella justeringar för att uppnå det mest optimala utgångssvaret från dessa omvandlardesigner.

I några av mina tidigare inlägg studerade vi omfattande hur SMPS-buck och boost-omvandlare fungerar, och vi drog också några grundläggande formler för att utvärdera viktiga parametrar som spänning, ström och induktans i dessa omvandlare.

Du kanske vill sammanfatta detaljerna från följande artiklar innan du börjar med den här artikeln som behandlar induktorns designmetoder.

Hur Boost Converters fungerar

Hur Buck Converters fungerar

Grundläggande Buck Boost-ekvationer

För beräkning av induktorer i SMP-kretsar för boost-boost kan vi härleda följande två avslutande formler för en buck-omvandlare respektive en boost-omvandlare:

Vo = DVin ---------- För Buck Converter

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

Här är D = Driftscykel, vilket är = Transistor PÅ-tid / PÅ + AV-tid för varje PWM-cykel

Vo = Utgångsspänning från omvandlaren

Vin = Ingångsspänning till omvandlaren

Från ovanstående härledda formler kan vi förstå att de tre grundläggande parametrarna som kan användas för att dimensionera utgången i en SMPS-baserad krets är:

Huvudparametrar associerade med Buck Boost Converter

1) Driftscykeln

2) Transistor PÅ / AV-tid

3) Och ingångsspänningsnivån.

Detta innebär att genom att korrekt justera någon av ovanstående parametrar blir det möjligt att skräddarsy utspänningen från omvandlaren. Denna justering kan implementeras manuellt eller automatiskt genom en självjusterande PWM-krets.

Även om ovanstående formler tydligt förklarar hur man optimerar utspänningen från en buck- eller boost-omvandlare, vet vi fortfarande inte hur induktorn kan byggas för att få ett optimalt svar i dessa kretsar.

Du kan hitta många utarbetade och undersökta formler för att lösa problemet, men ingen ny hobby eller någon elektronisk entusiast skulle vara intresserad av att faktiskt kämpa med dessa komplexa formler för de erforderliga värdena, vilket faktiskt skulle kunna ha större möjlighet att ge felaktiga resultat på grund av deras komplexitet. .

Den bättre och mer effektiva idén är att 'beräkna' induktansvärdet med en experimentell inställning och genom någon praktisk försök och felprocess som förklaras i följande stycken.

Konfigurera en Boost Converter med IC 555

En enkel IC 555-baserad boost- och buck-omvandlare visas nedan som kan användas för att bestämma bästa möjliga induktorvärde för en viss SMPS-boost-omvandlarkrets.

Induktorn L kan initialt göras godtyckligt.

De tumregeln är att använda antalet varv som är något högre än matningsspänningen därför, om matningsspänningen är 12V, kan antalet varv vara cirka 15 varv.

1. Den måste lindas över en lämplig ferritkärna, som kan vara en ferritring eller en ferritstav, eller över en EE-kärnanordning.
2. Trådens tjocklek bestäms av förstärkarkravet som initialt inte kommer att vara en relevant parameter, därför kan en relativt tunn koppar emaljerad tråd fungera, kan vara cirka 25 SWG.
3. Senare enligt de nuvarande specifikationerna för den avsedda designen kan fler ledningar läggas till parallellt med induktorn medan den lindas för att göra den kompatibel med den angivna ampere-värdena.
4. Induktorns diameter beror på frekvensen, högre frekvens tillåter mindre diametrar och vice versa. För att vara mer exakt blir induktansen som erbjuds av induktorn högre när frekvensen ökas, därför måste denna parameter bekräftas genom ett separat test med samma IC 555-inställning.

Kretsdiagram Boost Converter

Optimera potentiometerreglagen

Ovanstående inställningar visar en grundläggande IC 555 PWM-krets, som är utrustad med separata potentiometrar för att möjliggöra en justerbar frekvens, och en justerbar PWM-utgång vid dess stift # 3.

Stift nr 3 kan ses ansluten till en standardförstärkarkonfiguration med TIP122-transistorn, induktorn L, dioden BA159 och en kondensator C.

Transistorn BC547 införs för att begränsa strömmen över TIP122 så att under justeringsprocessen när krukorna justeras tillåts TIP122 aldrig att korsa nedbrytningspunkten, så BC547 skyddar TIP122 från överdriven ström och gör proceduren säker och idiotsäker för användaren.

Utgångsspänningen eller boostspänningen övervakas över C för ett maximalt optimalt svar under hela testprocessen.

IC 555 boost-omvandlaren kan sedan optimeras manuellt genom följande steg:

• Inledningsvis ställer du in PWM-potten för att producera den smalaste möjliga PWM vid stift nr 3, och frekvensen justeras till cirka 20 kHz.
• Ta en digital multimeter som är fast över 100 V DC och anslut anslutningarna över C med lämplig polaritet.
• Därefter justerar du PWM-potten gradvis och övervakar så länge spänningen över C fortsätter att stiga. I det ögonblick du hittar den här spänningen sjunker, återställ justeringen till den tidigare positionen som gav högsta möjliga spänning på potten och fixa den här potten / förinställda positionen som den optimala punkten för den valda induktorn.
• Efter detta justerar du frekvenspotten på liknande sätt för ytterligare optimering av spänningsnivån över C och ställ in den för att uppnå den mest effektiva frekvenspunkten för den valda induktorn.
• För att bestämma arbetscykeln kan man eventuellt kontrollera PWM-pottmotståndsförhållandet, vilket skulle vara direkt proportionellt mot markutrymmesförhållandet för stift nr 3 utgående arbetscykel.
• Frekvensvärdet kan läras in genom en frekvensmätare eller genom att använda frekvensområdet över den givna DMM om den har anläggningen, detta kan kontrolleras vid stift nr 3 på IC.

Dina induktansparametrar är nu bestämda och kan användas för vilken boost-omvandlare som helst för bästa möjliga svar.

Bestämning av ström för induktorn

Induktans nuvarande specifikation kan ökas genom att helt enkelt använda många parallella ledningar medan du lindar den, säg till exempel att du kan använda cirka 5 nos 26SWG-ledningar parallellt för att ge induktorn möjlighet att hantera 5 lampor med ström. och så vidare.

Nästa diagram visar processen för att optimera och beräkna induktorer i SMPS för en buck-konverteringsapplikation.

Kretsdiagram Buck Converter

Samma process gäller också för denna inställning, som gjordes med ovan beskrivna boost converter-design.

Som framgår förändras nu utgångssteget med en buck-omvandlare inställd, transistorerna ersätts nu med PNP-typer och induktorns positioner, dioden ändras på lämpligt sätt.

Således, med hjälp av ovanstående två metoder kan vem som helst bestämma eller beräkna induktorer i buck boost smps-kretsar utan att använda komplexa och omöjliga formler.