Inductoren berekenen in Buck Boost-converters

In dit bericht proberen we de methode te begrijpen voor het dimensioneren of berekenen van inductoren in buck boost-convertercircuits om een ​​optimale prestatie van deze apparaten te garanderen.

We nemen het voorbeeld van de typologieën IC 555 boost-omzetter en IC 555 buck-omzetter en proberen de optimalisatietechnieken te begrijpen door middel van vergelijkingen en handmatige aanpassingen om de meest optimale outputrespons te bereiken met deze converterontwerpen.

In een paar van mijn eerdere berichten hebben we uitgebreid bestudeerd hoe SMPS buck en boost converters werken, en we hebben ook een paar fundamentele formules afgeleid voor het evalueren van de belangrijke parameters zoals spanning, stroom en inductie in deze convertercircuits.

Misschien wil je de details van de volgende artikelen samenvatten, voordat je aan dit artikel begint, dat gaat over de methoden voor het ontwerpen van inductoren.

Hoe Boost Converters werken

Hoe Buck Converters werken

Basic Buck Boost-vergelijkingen

Voor het berekenen van inductoren in buck boost SMPS-circuits, kunnen we de volgende twee afsluitende formules afleiden voor respectievelijk een buck-converter en voor een boost-converter:

Vo = DVin ---------- Voor Buck Converter

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

Hier D = Duty Cycle, dat is = Transistor AAN-tijd / AAN + UIT-tijd van elke PWM-cyclus

Vo = uitgangsspanning van de omvormer

Vin = ingangsspanning naar de omzetter

Uit de bovenstaande afgeleide formules kunnen we begrijpen dat de 3 basisparameters die kunnen worden gebruikt voor het dimensioneren van de output in een op SMPS gebaseerd circuit zijn:

Belangrijkste parameters die verband houden met Buck Boost Converter

1) De inschakelduur

2) De transistor AAN / UIT-tijd

3) En het ingangsspanningsniveau.

Dit houdt in dat door een van de bovenstaande parameters op de juiste manier aan te passen, het mogelijk wordt om de uitgangsspanning van de omzetter aan te passen. Deze aanpassing kan handmatig of automatisch worden uitgevoerd via een zelfinstellend PWM-circuit.

Hoewel de bovenstaande formules duidelijk uitleggen hoe de uitgangsspanning van een buck- of boost-converter te optimaliseren, weten we nog steeds niet hoe de inductor kan worden gebouwd om een ​​optimale respons in deze circuits te krijgen.

U kunt veel uitgebreide en onderzochte formules vinden om dit probleem op te lossen, maar geen enkele nieuwe hobbyist of elektronische liefhebber zou geïnteresseerd zijn om daadwerkelijk te worstelen met deze complexe formules voor de vereiste waarden, die in feite meer kans zouden hebben om foutieve resultaten te geven vanwege hun complexiteit .

Het betere en effectievere idee is om de inductorwaarde te 'berekenen' met een experimentele opstelling en via een praktisch proces van vallen en opstaan, zoals uitgelegd in de volgende paragrafen.

Configureer een Boost Converter met IC 555

Een eenvoudige op IC 555 gebaseerde boost- en buck-converterontwerpen worden hieronder getoond die kunnen worden gebruikt voor het bepalen van de best mogelijke inductorwaarde voor een bepaald SMPS-boost-convertercircuit.

De inductor L kan aanvankelijk willekeurig worden gemaakt.

De vuistregel is om het aantal slagen iets hoger te gebruiken dan de voedingsspanning dus als de voedingsspanning 12V is, kan het aantal beurten ongeveer 15 beurten zijn.

1. Het moet over een geschikte ferrietkern worden gewikkeld, dat kan een ferrietring of een ferrietstaaf zijn, of over een EE-kernconstructie.
2. De dikte van de draad wordt bepaald door de versterkervereiste die in eerste instantie geen relevante parameter is, daarom zou elke relatief dunne met koper geëmailleerde draad werken, ongeveer 25 SWG.
3. Later, volgens de huidige specificaties van het beoogde ontwerp, zou meer aantal draden parallel aan de inductor kunnen worden toegevoegd terwijl deze wordt opgewonden om deze compatibel te maken met de gespecificeerde ampèrewaarde.
4. De diameter van de inductor is afhankelijk van de frequentie, een hogere frequentie zou kleinere diameters mogelijk maken en vice versa. Om preciezer te zijn, de inductantie die door de inductor wordt geboden, wordt hoger naarmate de frequentie toeneemt, daarom moet deze parameter worden bevestigd door een afzonderlijke test met dezelfde IC 555-opstelling.

Schakelschema Boost-omzetter

Optimalisatie van de potentiometerbediening

De bovenstaande opstelling toont een basis IC 555 PWM-circuit, dat is uitgerust met afzonderlijke potentiometers voor het inschakelen van een instelbare frequentie, en een instelbare PWM-uitgang op zijn pin # 3.

Pin # 3 is verbonden met een standaard boost-converterconfiguratie met behulp van de TIP122-transistor, de inductor L, de diode BA159 en een condensator C.

De transistor BC547 wordt geïntroduceerd om de stroom over de TIP122 te beperken, zodat tijdens het aanpassingsproces wanneer de potten worden getweakt, de TIP122 nooit het doorslagpunt mag passeren, dus de BC547 beschermt de TIP122 tegen overmatige stroom en maakt de procedure veilig en onfeilbaar voor de gebruiker.

De uitgangsspanning of de boostspanning wordt bewaakt over C voor een maximale optimale respons tijdens het hele testproces.

De IC 555 boost-omzetter kan vervolgens handmatig worden geoptimaliseerd door middel van de volgende stappen:

• Stel in eerste instantie de PWM-pot in om de smalst mogelijke PWM te produceren op pin # 3, en de frequentie wordt aangepast naar ongeveer 20 kHz.
• Neem een ​​digitale multimeter die is bevestigd boven het 100 V DC-bereik en verbind de prikstokken over C met de juiste polariteit.
• Pas vervolgens geleidelijk de PWM-pot en monitor aan, zolang de spanning over C blijft stijgen. Op het moment dat u merkt dat deze spanning daalt, herstelt u de aanpassing naar de vorige positie die de hoogst mogelijke spanning op de pot opleverde, en stelt u deze pot / preset-positie vast als het optimale punt voor de geselecteerde inductor.
• Hierna past u de frequentiepot op dezelfde manier aan voor verdere optimalisatie van het spanningsniveau over C, en stelt u deze in om het meest effectieve frequentiepunt te bereiken voor de geselecteerde inductor.
• Voor het bepalen van de duty-cycle zou men eventueel de PWM-potweerstandsverhouding kunnen controleren, die recht evenredig zou zijn met de mark-space ratio van de output duty-cycle van pin # 3.
• De frequentiewaarde kan worden geleerd via een frequentiemeter of door het frequentiebereik over de gegeven DMM te gebruiken als deze de mogelijkheid heeft, dit kan worden gecontroleerd op pin # 3 van de IC.

Uw inductorparameters zijn nu bepaald en kunnen voor elke boost-converter worden gebruikt voor de beste optimale respons.

Bepaling van de stroom voor de inductor

De stroomspecificatie van de inductor zou kunnen worden verhoogd door simpelweg veel parallelle draden te gebruiken tijdens het opwikkelen, stel dat u bijvoorbeeld ongeveer 5 nos van 26SWG-draden parallel kunt gebruiken om de inductor in staat te stellen 5 ampère stroom te verwerken. enzovoort.

Het volgende diagram toont het proces van het optimaliseren en berekenen van inductoren in SMPS, voor een buck-convertertoepassing.

Schakelschema Buck-omzetter

Hetzelfde proces is ook van toepassing op deze opstelling, net als bij het hierboven beschreven ontwerp van de boost-omzetter.

Zoals te zien is, is de eindtrap nu gewijzigd met een buck-converter, de transistors zijn nu vervangen door PNP-typen en de posities van de inductor, diode, zijn op de juiste manier veranderd.

Dus door de bovenstaande twee methoden te gebruiken, kan iedereen inductoren in buck boost smps-circuits bepalen of berekenen zonder complexe en onhaalbare formules te gebruiken.