Расчет индуктивности в понижающих повышающих преобразователях

Попробуйте наш инструмент устранения неполадок





В этом посте мы пытаемся понять метод определения размеров или расчета катушек индуктивности в цепях понижающего повышающего преобразователя, чтобы обеспечить оптимальную производительность этих устройств.

Мы возьмем пример типологий повышающего преобразователя IC 555 и понижающего преобразователя IC 555 и попытаемся понять методы оптимизации с помощью уравнений и ручной настройки для достижения наиболее оптимальной выходной характеристики для этих конструкций преобразователей.



В нескольких моих предыдущих публикациях мы всесторонне изучили, как работают повышающие и понижающие преобразователи SMPS, а также вывели несколько фундаментальных формул для оценки таких важных параметров, как напряжение, ток и индуктивность в этих схемах преобразователя.

Вы можете подвести итог деталям из следующих статей, прежде чем приступить к настоящей статье, в которой рассматриваются методы проектирования индукторов.



Как работают повышающие преобразователи

Как работают понижающие преобразователи

Базовые уравнения бак-буста

Для расчета катушек индуктивности в цепях понижающего повышающего ИИП мы могли бы вывести следующие две заключительные формулы для понижающего преобразователя и для повышающего преобразователя соответственно:

Vo = DVin ---------- Для понижающего преобразователя

Vo = Vin / (1 - D) ---------- Для повышающего преобразователя

Здесь D = рабочий цикл, который = время включения / включения транзистора + время выключения каждого цикла ШИМ.

Vo = выходное напряжение преобразователя

Vin = входное напряжение питания преобразователя

Из приведенных выше формул мы можем понять, что 3 основных параметра, которые могут использоваться для определения размеров выхода в схеме на основе SMPS:

Основные параметры, связанные с понижающим преобразователем повышения

1) Рабочий цикл

2) Время включения / выключения транзистора

3) И уровень входного напряжения.

Это означает, что путем соответствующей настройки любого из вышеперечисленных параметров становится возможным адаптировать выходное напряжение преобразователя. Эта регулировка может быть реализована вручную или автоматически через самонастраивающуюся схему ШИМ.

Хотя приведенные выше формулы ясно объясняют, как оптимизировать выходное напряжение понижающего или повышающего преобразователя, мы все еще не знаем, как можно построить катушку индуктивности для получения оптимального отклика в этих схемах.

Вы можете найти множество тщательно продуманных и исследованных формул для решения этой проблемы, однако ни один новый любитель или какой-либо электронный энтузиаст не будет заинтересован в том, чтобы на самом деле бороться с этими сложными формулами для получения требуемых значений, которые фактически могут иметь больше возможностей для предоставления ошибочных результатов из-за их сложности .

Лучшая и более эффективная идея - это «рассчитать» значение индуктивности с помощью экспериментальной установки и с помощью некоторых практических методов проб и ошибок, как описано в следующих параграфах.

Настройка повышающего преобразователя с помощью IC 555

Ниже показаны простые схемы повышающего и понижающего преобразователей на основе IC 555, которые можно использовать для определения наилучшего возможного значения индуктивности для конкретной схемы повышающего преобразователя SMPS.

Катушка индуктивности L изначально может быть изготовлена ​​произвольно.

В практическое правило - использовать количество витков немного больше, чем напряжение питания , поэтому, если напряжение питания составляет 12 В, количество витков может составлять около 15 витков.

  1. Он должен быть намотан на подходящий ферритовый сердечник, которым может быть ферритовое кольцо или ферритовый стержень, или на узел сердечника EE.
  2. Толщина провода определяется потребностью в токе, которая изначально не является важным параметром, поэтому подойдет любой относительно тонкий медный эмалированный провод, который может составлять около 25 SWG.
  3. Позже, в соответствии с текущими спецификациями предполагаемой конструкции, можно было добавить большее количество проводов параллельно индуктору при намотке, чтобы обеспечить его совместимость с указанным номинальным током.
  4. Диаметр индуктора будет зависеть от частоты, чем выше частота, тем меньше диаметр, и наоборот. Чтобы быть более точным, индуктивность, обеспечиваемая катушкой индуктивности, становится выше при увеличении частоты, поэтому этот параметр необходимо будет подтвердить с помощью отдельного теста с использованием той же настройки IC 555.

Принципиальная схема повышающего преобразователя

Оптимизация элементов управления потенциометром

Вышеупомянутая схема показывает базовую схему ШИМ IC 555, которая оснащена отдельными потенциометрами для включения регулируемой частоты и регулируемый выход PWM на его выводе №3.

Вывод 3 можно увидеть подключенным к стандартной конфигурации повышающего преобразователя с использованием транзистора TIP122, катушки индуктивности L, диода BA159 и конденсатора C.

Транзистор BC547 вводится для ограничения тока через TIP122, так что во время процесса регулировки, когда потенциометры настраиваются, TIP122 никогда не может пересечь точку пробоя, таким образом, BC547 защищает TIP122 от чрезмерного тока и делает процедуру безопасной и надежный для пользователя.

Выходное напряжение или повышающее напряжение контролируется через C для максимального оптимального отклика в течение всего процесса тестирования.

Затем повышающий преобразователь IC 555 можно оптимизировать вручную, выполнив следующие действия:

  • Первоначально установите потенциометр PWM для получения максимально узкого PWM на выводе №3, а частоту установите примерно на 20 кГц.
  • Возьмите цифровой мультиметр, установленный в диапазоне более 100 В постоянного тока, и подключите выводы через C с соответствующей полярностью.
  • Затем постепенно регулируйте потенциометр ШИМ и следите, пока напряжение на C продолжает расти. В тот момент, когда вы обнаружите, что это напряжение падает, восстановите настройку в предыдущее положение, которое давало максимально возможное напряжение на потенциометре, и зафиксируйте это положение потенциометра / предустановки как оптимальную точку для выбранной индуктивности.
  • После этого настройте потенциометр частоты аналогичным образом для дальнейшей оптимизации уровня напряжения на C и установите его для достижения наиболее эффективной точки частоты для выбранной катушки индуктивности.
  • Для определения рабочего цикла можно было бы проверить коэффициент сопротивления потенциометра PWM, который был бы прямо пропорционален коэффициенту промежутка между метками рабочего цикла вывода №3.
  • Значение частоты можно узнать с помощью частотомера или с помощью диапазона частот данного цифрового мультиметра, если у него есть возможность, это можно проверить на выводе № 3 ИС.

Параметры вашей катушки индуктивности теперь определены и могут быть использованы для любого повышающего преобразователя для наилучшего оптимального отклика.

Определение тока для индуктора

Текущие характеристики катушки индуктивности можно увеличить, просто используя несколько параллельных проводов при намотке, скажем, например, вы можете использовать около 5 проводов 26SWG параллельно, чтобы дать индуктору возможность выдерживать ток 5 ампер. и так далее.

На следующей диаграмме показан процесс оптимизации и расчета катушек индуктивности в SMPS для понижающего преобразователя.

Принципиальная схема понижающего преобразователя

Тот же процесс применяется и для этой настройки, как и для описанной выше конструкции повышающего преобразователя.

Как можно видеть, выходной каскад теперь изменен с помощью понижающего преобразователя, транзисторы теперь заменены на типы PNP, а положения катушки индуктивности и диода изменены соответствующим образом.

Таким образом, используя два вышеупомянутых метода, любой может определить или рассчитать катушки индуктивности в цепях понижающих и импульсных импульсных помех без использования сложных и невыполнимых формул.




Предыдущая статья: Как работают повышающие преобразователи Next: Объяснение 2 простых схем преобразователя напряжения в частоту