I dette innlegget vil vi prøve å forstå de forskjellige parametrene som kreves for å designe en riktig bukkeromformerinduktor, slik at den nødvendige utgangen er i stand til å oppnå maksimal effektivitet.
I vårt forrige innlegg lærte vi grunnleggende om buck-omformere og innså det viktige aspektet angående transistorens PÅ-tid med hensyn til den periodiske tiden for PWM som i det vesentlige bestemmer utgangsspenningen til bukkomformeren.
I dette innlegget vil vi gå litt dypere og prøve å evaluere forholdet mellom inngangsspenningen, byttetiden til transistoren, utgangsspenningen og strømmen til buck-induktoren, og om hvordan du optimaliserer disse mens du designer en buck-induktor.
Spesifikasjoner for Buck Converter
La oss først forstå de forskjellige parametrene som er involvert i en buck-omformer:
Topp induktorstrøm, ( Jegpk ) = Det er den maksimale mengden strøm som en induktor kan lagre før den blir mettet. Her betyr begrepet 'mettet' en situasjon der transistorens omkoblingstid er så lang at den fortsetter å være PÅ selv etter at induktoren har krysset sin maksimale eller toppstrømlagringskapasitet. Dette er en uønsket situasjon og må unngås.
Minimum induktorstrøm, ( Jegeller ) = Det er den minste mengden strøm som kan tillates for induktoren å nå mens induktoren tømmes ved å frigjøre den lagrede energien i form av tilbake EMF.
Betydning, i prosessen når transistoren slås AV, spoler induktoren sin lagrede energi til belastningen, og i løpet av tiden faller den lagrede strømmen eksponentielt mot null, men før den når null, kan det være antatt at transistoren slås PÅ igjen, og dette punktet der transistoren kan slå PÅ igjen, blir betegnet som minimum induktorstrøm.
Ovennevnte tilstand kalles også kontinuerlig modus for a buck converter design .
Hvis transistoren ikke slås PÅ igjen før induktorstrømmen har falt til null, kan situasjonen bli referert til som den diskontinuerlige modusen, som er en uønsket måte å betjene en buck-omformer på og kan føre til ineffektiv funksjon av systemet.
Ringstrøm, (Δi = Jegpk - Jegeller ) = Som det fremgår av den tilstøtende formelen, krusningen Δ i er forskjellen mellom toppstrøm og minimumsstrøm indusert i bukspolen.
En filterkondensator ved utgangen av bukkomformeren vil normalt stabilisere denne ringstrømmen og bidra til å gjøre den relativt konstant.
Duty Cycle, (D = Tpå / T) = Driftssyklusen blir beregnet ved å dele transistorens PÅ-tid med periodisk tid.
Periodisk tid er den totale tiden det tar en PWM-syklus å fullføre, det vil si ON-tiden + OFF-tiden til en PWM som mates til transistoren.
PÅ tidspunktet for transistoren ( Tpå = D / f) = PÅ-tiden PWM eller transistorens 'bryter PÅ' -tid kan oppnås ved å dele driftssyklusen med frekvensen.
Gjennomsnittlig utgangsstrøm eller laststrøm, ( Jegfugl = Δi / 2 = i laste ) = Den oppnås ved å dele ringstrøm med 2. Denne verdien er gjennomsnittet av toppstrømmen og minimumsstrømmen som kan være tilgjengelig over belastningen til en bukkomformerutgang.
RMS-verdi av Triangle wave irms = √ { Jegeller to + (Δi) to / 12} = Dette uttrykket gir oss RMS eller rotverdiens kvadratverdi for alle eller en hvilken som helst trekantbølgekomponent som kan være assosiert med en bukkomformer.
OK, så de ovennevnte var de forskjellige parametrene og uttrykkene som hovedsakelig var involvert i en bukkomformer som kunne brukes under beregning av en bukspole.
La oss nå lære hvordan spenningen og strømmen kan være relatert til en bukspole og hvordan disse kan bestemmes riktig, fra følgende forklarte data:
Husk at her antar vi at byttingen av transistoren skal være i kontinuerlig modus, det vil si at transistoren alltid slås PÅ før induktoren er i stand til å tømme sin lagrede EMF helt og bli tom.
Dette gjøres faktisk ved å dimensjonere ON-tiden til transistoren eller PWM-driftssyklusen med hensyn til induktorkapasiteten (antall svinger).
Forholdet mellom V og jeg
Forholdet mellom spenning og strøm i en buck induktor kan legges ned som:
V = L di / dt
eller
i = 1 / L 0ʃtVdt + ieller
Ovennevnte formel kan brukes til å beregne bukkens utgangsstrøm og den holder godt når PWM er i form av en eksponentielt stigende og forfallende bølge, eller kan være en trekantbølge.
Imidlertid, hvis PWM er i form av rektangulær bølgeform eller pulser, kan formelen ovenfor skrives som:
i = (Vt / L) + ieller
Her er Vt spenningen over viklingen multiplisert med tiden den opprettholdes for (i mikrosekunder)
Denne formelen blir viktig når du beregner induktansverdien L for en bukspole.
Ovennevnte uttrykk avslører at strømutgangen fra en bukspole er i form av en lineær rampe, eller brede trekantbølger, når PWM er i form av trekantede bølger.
La oss nå se hvordan man kan bestemme toppstrømmen i en bukspole, formelen for dette er:
ipk = (Vin - Vtrans - Vout) Ton / L + ieller
Ovennevnte uttrykk gir oss toppstrømmen mens transistoren er slått PÅ og når strømmen inne i induktoren bygger seg opp lineært (innenfor metningsområdet *)
Beregning av toppstrøm
Derfor kan det ovennevnte uttrykket brukes for å beregne toppstrømoppbyggingen inne i en bukspole mens transistoren er i bryterfasen.
Hvis uttrykket io flyttes til LHS får vi:
Jegpk- Jegeller= (Vin - Vtrans - Vout) Ton / L.
Her refererer Vtrans til spenningsfallet over transistorens samler / emitter
Husk at ringstrømmen også er gitt av Δi = ipk - io, og erstatter derfor denne i formelen ovenfor vi får:
Δi = (Vin - Vtrans - Vout) Ton / L ------------------------------------ Eq #1
La oss nå se uttrykket for å anskaffe strømmen i induktoren i løpet av transistorens utkoblingsperiode. Det kan bestemmes ved hjelp av følgende ligning:
Jegeller= Jegpk- (Vout - VD) Toff / L.
Igjen, ved å erstatte ipk - io med Δi i uttrykket ovenfor får vi:
Δi = (Vout - VD) Toff / L ------------------------------------ Eq # 2
Eq # 1 og Eq # 2 kan brukes til å bestemme ringstrømverdiene mens transistoren leverer strøm til induktoren, det vil si under PÅ-tiden ..... og mens induktoren tømmer den lagrede strømmen gjennom belastningen i løpet av transistorens AV-perioder.
I den ovennevnte diskusjonen har vi med hell avledet ligningen for å bestemme strøm (amp) faktor i en buck induktor.
Bestemme spenning
La oss nå prøve å finne et uttrykk som kan hjelpe oss med å bestemme spenningsfaktoren i en bukspole.
Siden Δi er vanlig i både Eq # 1 og Eq # 2, kan vi likestille vilkårene med hverandre for å få:
(Vin - Vtrans - Vout) Ton / L = (Vout - VD) Toff / L.
VinTon - Vtrans - Vout = VoutToff - VDToff
VinTon - Vtrans - VoutTon = VoutToff - VDToff
VoutTon + VoutToff = VDToff + VinTon - VtransTon
Vout = (VDToff + VinTon - VtransTon) / T
Å erstatte Ton / T-uttrykkene etter driftssyklus D i det ovennevnte uttrykket, får vi
Vout = (Vin - Vtrans) D + VD (1 - D)
Behandler vi ligningen ovenfor videre får vi:
Vout + VD = (Vin - Vtrans + VD) D.
eller
D = Vout - VD / (Vin - Vtrans - VD)
Her refererer VD til spenningsfallet over dioden.
Beregning av trinn ned spenning
Hvis vi ignorerer spenningsfallet over transistoren og dioden (siden disse kan være ekstremt trivielle sammenlignet med inngangsspenningen), kan vi trimme ned ovenstående uttrykk som gitt nedenfor:
Vout = DVin
Ovennevnte sluttligning kan brukes til å beregne nedstrammingsspenningen som kan være ment fra en bestemt induktor mens en bukomformerkrets utformes.
Ovennevnte ligning er den samme som den som ble diskutert i det løste eksemplet i vår forrige artikkel ' hvordan bukkomformere fungerer .
I neste artikkel lærer vi hvordan du estimerer antall svinger i en bukspole ... vær så snill.
Forrige: Hvordan Buck Converters fungerer Neste: High Wattage børsteløs motorstyringskrets
