En aquest post intentem entendre el mètode de dimensionament o càlcul d’inductors en circuits convertidors de buck boost per tal d’assegurar un rendiment òptim d’aquests dispositius.
Prenem l’exemple de les tipologies de convertidors impulsors IC 555 i IC 555 i intentem entendre les tècniques d’optimització mitjançant equacions i ajustos manuals, per aconseguir la resposta de sortida més òptima a partir d’aquests dissenys de convertidors.
En algunes de les meves publicacions anteriors, vam estudiar exhaustivament el funcionament dels convertidors SMPS Buck i Boost, i també vam deduir algunes fórmules fonamentals per avaluar els paràmetres importants com el voltatge, el corrent i la inductància en aquests circuits convertidors.
És possible que vulgueu resumir els detalls dels articles següents abans d’emprendre aquest article que tracta dels mètodes de disseny d’inductors.
Com funcionen els convertidors Boost
Com funcionen els convertidors Buck
Equacions bàsiques d’augment de dòlars
Per al càlcul d’inductors en circuits SMPS de buck boost, podríem obtenir les dues fórmules finals següents per a un convertidor de buck i per a un convertidor de boost, respectivament:
Vo = DVin ---------- Per a Buck Converter
Vo = Vin / (1 - D) ---------- Per a Boost Converter
Aquí D = Cicle de treball, que és = Temps del transistor ON / ON + OFF de cada cicle PWM
Vo = Voltatge de sortida del convertidor
Vin = Voltatge d'alimentació d'entrada al convertidor
A partir de les fórmules derivades anteriors, podem entendre que els 3 paràmetres bàsics que es poden utilitzar per dimensionar la sortida en un circuit basat en SMPS són:
Paràmetres principals associats al convertidor Buck Boost
1) El cicle de treball
2) El temps ON / OFF del transistor
3) I el nivell de tensió d'entrada.
Això implica que, ajustant adequadament qualsevol dels paràmetres anteriors, és possible adaptar la tensió de sortida del convertidor. Aquest ajustament es podria implementar manualment o automàticament mitjançant un circuit PWM autoajustable.
Tot i que les fórmules anteriors expliquen clarament com optimitzar la tensió de sortida d’un convertidor de buck o boost, encara no sabem com es pot construir l’inductor per obtenir una resposta òptima en aquests circuits.
És possible que trobeu moltes fórmules elaborades i investigades per resoldre aquest problema, tot i que cap nou aficionat ni cap entusiasta de l’electrònica estaria interessat a lluitar amb aquestes complexes fórmules pels valors requerits, que podrien tenir més possibilitats d’oferir resultats erronis a causa de la seva complexitat. .
La idea millor i més eficaç és 'calcular' el valor de l'inductor amb una configuració experimental i mitjançant algun procés pràctic d'assaig i error, tal com s'explica als paràgrafs següents.
Configureu un convertidor Boost mitjançant l'IC 555
A continuació es mostren els simples dissenys d’impulsors i convertidors basats en IC 555 que es podrien utilitzar per determinar el millor valor d’inductor possible per a un circuit de convertidor d’impuls SMPS concret.
L’inductor L es pot fer inicialment de manera arbitrària.
El La regla general és utilitzar el nombre de voltes lleugerament superior a la tensió d'alimentació , per tant, si la tensió d'alimentació és de 12 V, el nombre de voltes podria rondar els 15 volts.
- S’ha d’enrotllar sobre un nucli de ferrita adequat, que pot ser un anell de ferrita o una vareta de ferrita, o sobre un conjunt de nucli EE.
- El gruix del cable està determinat pel requisit d'amplificador que inicialment no serà un paràmetre rellevant, per tant, qualsevol filferro esmaltat de coure relativament prim podria funcionar al voltant de 25 SWG.
- Més endavant, segons les especificacions actuals del disseny previst, es podria afegir més nombre de cables en paral·lel a l’inductor mentre s’enrotlla per tal de fer-lo compatible amb l’amperatge especificat.
- El diàmetre de l’inductor dependrà de la freqüència, la freqüència més alta permetria diàmetres més petits i viceversa. Per ser més precisos, la inductància que ofereix l’inductor augmenta a mesura que augmenta la freqüència, per tant, aquest paràmetre haurà de confirmar-se mitjançant una prova independent mitjançant la mateixa configuració IC 555.
Convertidor d’augment de diagrames de circuits
Optimització dels controls del potenciòmetre
La configuració anterior mostra un circuit bàsic IC 555 PWM, que està equipat amb potenciòmetres separats per permetre una freqüència ajustable i un sortida PWM ajustable al seu pin # 3.
El pin # 3 es pot veure connectat a una configuració estàndard del convertidor d’augment mitjançant el transistor TIP122, l’inductor L, el díode BA159 i un condensador C.
El transistor BC547 s’introdueix per limitar el corrent a través del TIP122, de manera que durant el procés d’ajustament quan s’estan ajustant les olles, el TIP122 mai no pot travessar el punt de ruptura, per tant, el BC547 protegeix el TIP122 d’un corrent excessiu i fa que el procediment sigui segur i infal·lible per a l'usuari.
La tensió de sortida o la tensió d’augment es controla a través de C per obtenir una resposta òptima màxima durant tot el procés de prova.
El convertidor d’impulsió IC 555 es podria optimitzar manualment mitjançant els passos següents:
- Inicialment, configureu el pot PWM perquè produeixi el PWM el més estret possible al pin número 3 i la freqüència s’ajustarà a uns 20 kHz.
- Agafeu un multímetre digital fixat per sobre de 100 V CC i connecteu els prods a C amb la polaritat adequada.
- A continuació, ajusteu gradualment l'olla PWM i el monitor mentre el voltatge a través de C continuï augmentant. En el moment en què trobeu aquesta tensió caient, restableix l'ajust a la posició anterior que donava la màxima tensió possible a la pota i fixa aquesta posició pot / predefinida com a punt òptim per a l'inductor seleccionat.
- Després d'això, ajusteu el pot de freqüència de manera similar per obtenir una major optimització del nivell de tensió a través de C i configureu-lo per aconseguir el punt de freqüència més eficaç per a l'inductor seleccionat.
- Per determinar el cicle de treball es podria comprovar la relació de resistència de l'olla PWM, que seria directament proporcional a la relació d'espai de marca del cicle de treball de sortida del pin # 3.
- El valor de freqüència es podria aprendre mitjançant un mesurador de freqüència o utilitzant el rang de freqüències a través del DMM donat si té la instal·lació, això es podria comprovar al pin núm. 3 del CI.
Els paràmetres de l’inductor ara estan determinats i es poden utilitzar per a qualsevol convertidor d’impulsió per obtenir la millor resposta òptima.
Determinació del corrent de l’inductor
Les especificacions actuals de l’inductor es podrien augmentar simplement utilitzant molts cables paral·lels mentre el bobinaven, per exemple, podríeu utilitzar al voltant de 5 nombres de cables 26SWG en paral·lel per donar poder a l’inductor per manejar 5 amp de corrent. etcètera.
El següent diagrama mostra el procés d’optimització i càlcul d’inductors en SMPS per a una aplicació de conversió de dòlars.
Circuit Buck Converter Schema
El mateix procés s’aplica també per a aquesta configuració, tal com es va fer amb el disseny del convertidor d’augment explicat anteriorment.
Com es pot veure, l'etapa de sortida s'altera ara amb un convertidor Buck configurat, els transistors ara són substituïts per tipus PNP i les posicions de l'inductor, el díode ha canviat adequadament.
Per tant, utilitzant els dos mètodes anteriors, qualsevol pot determinar o calcular inductors en circuits SMPS de buck boost sense utilitzar fórmules complexes i inviables.
Anterior: Com funcionen els convertidors Boost Següent: S'expliquen 2 circuits simples de convertidor de tensió a freqüència
