Kuid protsess säilitab alati suhte P = I x V, mis tähendab, et kui muunduri väljund suurendab sisendpinge, väheneb väljund proportsionaalselt voolu, mis põhjustab väljundvõimsuse peaaegu alati sisendiga võrdse või vähem kui sisendvõimsus.
Kuidas Boost Converter töötab
Tõstemuundur on teatud tüüpi SMPS või lülitusrežiimiga toiteallikas, mis suurema tõhususe saavutamiseks töötab põhimõtteliselt kahe aktiivse pooljuhiga (transistor ja diood) ja vähemalt ühe passiivkomponendiga kondensaatori või induktori kujul või mõlemaga.Induktorit kasutatakse siin põhimõtteliselt pinge suurendamiseks ja kondensaatorit kasutatakse lülituste kõikumiste filtreerimiseks ja voolu pulsatsioonide vähendamiseks muunduri väljundis.
Sisendtoite, mida võib vaja minna suurendama või suurendama, võiks hankida mis tahes sobivast alalisvooluallikast, näiteks patareidest, päikesepaneelidest, mootoripõhistest generaatoritest jne.
Toimimispõhimõte
Tõukemuunduri induktor mängib sisendpinge suurendamise tähtsust.
Oluline aspekt, mis muutub vastutavaks induktori võimenduspinge aktiveerimise eest, tuleneb selle olemuslikust omadusest vastu panna või vastu seista äkki indutseeritud voolule ning reageerida sellele magnetvälja tekitamise ja seejärel magnetilise hävitamisega. valdkonnas. Hävitamine viib salvestatud energia vabastamiseni.
Selle ülaltoodud protsessi tulemuseks on voolu salvestamine induktiivpoolis ja selle salvestatud voolu tagasitõmbamine kogu väljundis tagumise EMF-i kujul.
Relee-transistori draiveri vooluahelat võib pidada võimenduse muunduri ahela suurepäraseks näiteks. Üle relee ühendatud tagasilöögidiood viiakse relee mähise tagurpidi tagurpidi EMF-ide lühiseks ja transistori kaitsmiseks alati, kui see välja lülitatakse.
Kui see diood eemaldatakse ja dioodkondensaatori alaldi ühendatakse üle transistori kollektori / emitteri, saab relee mähise võimendatud pinge selle kondensaatori kaudu koguda.
Tõukemuunduri kujunduse protsess annab väljundpinge, mis on alati suurem kui sisendpinge.
Boost Converteri seadistamine
Järgmisele joonisele viidates näeme standardset võimenduse muunduri konfiguratsiooni, töömustrit võib mõista allpool toodud kujul:Kui näidatud seade (mis võib olla mis tahes tavaline toiteallikas BJT või mosfet) on sisse lülitatud, siseneb sisendvarustuse vool induktorisse ja voolab läbi transistori päripäeva, et tsükkel lõpule viia sisendallika negatiivses otsas.
Ülaltoodud protsessi käigus kogeb induktor voolu endas järsku ja püüab sissevoolule vastu seista, mille tulemuseks on magnetvälja tekitamise kaudu selles mingi koguse voolu salvestamine.
Järgmisel järgneval järjestusel, kui transistor on välja lülitatud, puruneb voolu juhtimine, sundides taas induktori voolutaseme järsku muutust. Induktiivpool reageerib sellele tagasilöögi või salvestatud voolu vabastamisega. Kuna transistor on asendis VÄLJAS, leiab see energia oma tee dioodi D kaudu ja näidatud väljundklemmide kaudu tagumise EMF-pinge kujul.
Induktor täidab seda, hävitades selles varem tekitatud magnetvälja, kui transistor oli lüliti ON režiimis.
Kuid ülaltoodud energia vabastamise protsess viiakse ellu vastupidise polaarsusega, nii et sisendpinge muutub nüüd induktori tagasi emf pingega järjestikku. Ja nagu me kõik teame, et kui toiteallikad järjestikku ühinevad, lisab nende netopinge suurema kombineeritud tulemuse.
Sama juhtub induktori tühjendusrežiimis võimendusmuunduris, mis annab väljundi, mis võib olla induktori tagumise EMF-pinge ja olemasoleva toitepinge kombineeritud tulemus, nagu on näidatud ülaltoodud diagrammil
Selle kombineeritud pinge tulemuseks on võimendatud või suurendatud väljund, mis leiab oma tee läbi dioodi D ja ristkondensaatori C, et lõpuks jõuda ühendatud koormuseni.
Kondensaatoril C on siin üsna oluline roll, induktori tühjendusrežiimi ajal salvestab kondensaator C vabanenud kombineeritud energia selles ja järgmise faasi ajal, kui transistor lülitub uuesti välja ja induktor on salvestusrežiimis, proovib kondensaator C tasakaalu säilitamiseks, andes koormusele enda salvestatud energia. Vaadake allolevat joonist.
See tagab ühendatud koormuse jaoks suhteliselt püsiva pinge, mis on võimeline omandama energiat nii transistori sisse- kui ka väljalülitamise perioodil.
Kui C-d ei kuulu, siis see funktsioon tühistatakse, mille tulemuseks on väiksem koormuse võimsus ja madalam efektiivsuse määr.
Eespool kirjeldatud protsess jätkub, kui transistor lülitatakse etteantud sagedusel sisse / välja, säilitades võimenduse muundamise efekti.
Töörežiimid
Tõstemuundurit saab peamiselt kasutada kahes režiimis: pidevrežiimis ja katkestusrežiimis.Pidevas režiimis ei tohi induktorivool tühjenemisprotsessi ajal kunagi nulli jõuda (kui transistor on välja lülitatud).
See juhtub siis, kui transistori sisse- ja väljalülitusaeg on mõõdetud nii, et induktor on alati sisselülitatud transistori kaudu sisendvarustusega kiiresti tagasi ühendatud, enne kui see suudab koormuse ja kondensaatori C ulatuses täielikult tühjeneda.
See võimaldab induktiivpoolil järjepidevalt toota pinget efektiivsel kiirusel.
Katkevas režiimis võib transistori lüliti sisselülitamise aeg olla nii laias laastus, et induktoril võib lasta täielikult tühjeneda ja jääda passiivseks transistori sisselülitamise perioodide vahel, tekitades koormuse ja kondensaatori C juures tohutu pulsatsioonipinge.
See võib muuta väljundi vähem efektiivseks ja suurema kõikumisega.
Parim lähenemisviis on arvutada transistori ON / OFF aeg, mis annab kogu väljundis maksimaalse stabiilse pinge, mis tähendab, et peame veenduma, et induktor on optimaalselt sisse lülitatud nii, et see ei oleks liiga kiiresti sisse lülitatud, mis ei pruugi lubada selle tühjenemist optimaalselt ja seda ei tohi ka väga hilja sisse lülitada, mis võib tühjendada ebaefektiivse punkti.
Arvutamine, induktiivsus, vool, pinge ja töötsükkel võimendusmuunduris
Siinkohal käsitleme ainult pidevat režiimi, mis on eelistatud viis võimenduse muunduri kasutamiseks, hinnakem pideva režiimi võimenduse muunduri arvutusi:Kui transistor on sisselülitatud faasis, sisendallika pinge (
) rakendatakse üle induktori, indutseerides voolu ( 
) koguneb induktori kaudu ajavahemikuks, mida tähistatakse (t) -ga. Seda võib väljendada järgmise valemiga: ΔIL / Δt = Vt / L
Selleks ajaks, kui transistori sisselülitatud olek hakkab ületama ja transistor hakkab välja lülituma, võib induktorisse kogunema pidava voolu anda järgmise valemiga:
ΔIL (sisse lülitatud) = 1 / L 0DD
või
Laius = DT (Vi) / L
Kus D on töötsükkel. Selle definitsiooni mõistmiseks võite viidata meie eelmisele b uck converter seotud postitus
L tähistab induktori induktiivsuse väärtust Henry-s.
Kui transistor on OFF-olekus ja kui eeldame, et diood pakub selle minimaalset pingelangust ja kondensaator C on piisavalt suur, et oleks võimalik toota peaaegu konstantset väljundpinget, siis väljundvool (
) saab tuletada järgmise avaldise abil Vi - Vo = LdI / dt
Samuti peaksid praegused variatsioonid (
), mis võivad tekkida kogu induktiivpoolil selle tühjenemisperioodil (transistori väljalülitatud olek), võib anda järgmiselt ΔIL (väljas) = 1 / L x DTʃT (Vi - Vo) dt / L = (Vi - Vo) (1 - D) T / L
Eeldades, et muundur suudab töötada suhteliselt stabiilsetes tingimustes, võib kogu kommutatsiooni (ümberlülitamise) tsükli jooksul induktiivpooli salvestatud voolu või energia suurust pidada püsivaks või sama kiirusega, võib seda väljendada järgmiselt:
E = ½ L x 2IL
Eeltoodu tähendab ka seda, et kuna vool kogu kommuteerimisperioodi vältel või ON-oleku alguses ja OFF-oleku lõpus peaks olema identne, peaks nende praeguse taseme muutuse tulemuseks olema null, kuna väljendatud allpool:
ΔIL (sees) + ΔIL (välja) = 0
Kui asendame eelmises tuletises ülaltoodud valemis ΔIL (on) ja ΔIL (off) väärtused, saame:
IL (sees) - ΔIL (välja lülitatud) = Vidt / L + (Vi - Vo) (1 - D) T / L = 0
Selle täiendav lihtsustamine annab järgmise tulemuse: Vo / Vi = 1 / (1 - D)
või
Vo = Vi / (1 - D)
Ülaltoodud avaldis näitab selgelt, et võimendusmuunduri väljundpinge on alati suurem kui sisendtoite pinge (kogu töötsükli vahemikus 0 kuni 1)
Eeltoodud võrrandis olevate terminite segamine külgedel saadakse võrrand töötsükli määramiseks impulssmuunduri töötsüklis.
D = 1 - Vo / Vi
Ülaltoodud hinnangud pakuvad meile erinevaid valemeid impulssmuunduri toimingutega seotud erinevate parameetrite määramiseks, mida saab tõhusalt kasutada täpse võimendusmuunduri ülesehituse arvutamiseks ja optimeerimiseks.
Arvutage Boost Converter Power Stage
Boost Converter Power Stage arvutamiseks on vaja järgmisi nelja juhist:
1. Sisendpinge vahemik: Vin (min) ja Vin (max)
2. Minimaalne väljundpinge: Vout
3. Suurim väljundvool: Iout (max)
4. IC-ahel, mida kasutatakse võimendusmuunduri ehitamiseks.
See on sageli kohustuslik lihtsalt seetõttu, et arvutuste jaoks tuleks võtta teatavad piirjooned, mida ei pruugi andmelehel mainida.
Juhul, kui need piirangud on tuttavad, on võimsusastme ligikaudne arv tavaliselt
leiab aset.
Suurima lülitusvoolu hindamine
Esmane samm lülitusvoolu määramiseks oleks välja selgitada minimaalse sisendpinge töötsükkel D. Puudub minimaalne sisendpinge peamiselt seetõttu, et selle tulemuseks on suurim lülitusvool.
D = 1 - {Vin (min) x n} / Vout ---------- (1)
Vin (min) = minimaalne sisendpinge
Vout = vajalik väljundpinge
n = muunduri kasutegur, nt. eeldatav väärtus võib olla 80%
Tõhusus arvestatakse töötsükli arvutamisel lihtsalt seetõttu, et muundur peab esitama ka võimsuse hajumise. See hinnang pakub efektiivsustegurita valemiga võrreldes mõistlikuma töötsükli.
Peame lubama hinnanguliselt 80% -lise tolerantsi (see ei pruugi hoogustamiseks olla praktiline)
muunduri halvimal juhul efektiivsust), tuleks kaaluda või viidata valitud muunduri andmelehe osale Tavapärased funktsioonid
Ripple voolu arvutamine
Järgmine toiming kõrgeima lülitusvoolu arvutamiseks oleks induktori pulsivoolu välja selgitamine.
Muunduri andmelehes viidatakse tavaliselt konkreetsele induktiivpoolile või mitmele induktiivpoolile, mis töötavad IC-ga. Seetõttu peame pulsivoolu arvutamiseks kasutama soovitatud induktiivväärtust, kui andmelehel pole midagi esitatud, siis loendis Induktorid hinnatud väärtust.
S selle rakenduse märkuse valimine Boost Converter Power Stage'i arvutamiseks.
Delta I (l) = {Vin (min) x D} / f (s) x L ---------- (2)
Vin (min) = väikseim sisendpinge
D = valemiga 1 mõõdetud töötsükkel
f (s) = muunduri väikseim lülitussagedus
L = eelistatud induktori väärtus
Järgnevalt tuleb kindlaks teha, kas eelistatud IC suudab pakkuda optimaalset väljundit
praegune.
Iout (max) = [I lim (min) - Delta I (l) / 2] x (1 - D) ---------- (3)
I lim (min) = väärtuse minimaalne väärtus
kaasatud lüliti praegune piirang (esiletõstetud andmetes
leht)
Delta I (l) = varasemas võrrandis mõõdetud induktori lainevool
D = esimese võrrandiga arvutatud töötsükkel
Juhul, kui valitud IC optimaalse väljundvoolu hinnanguline väärtus Iout (max) jääb alla süsteemi eeldatava suurima väljundvoolu, tuleb tõesti kasutada veidi kõrgema lülitusvoolu juhtimisega alternatiivset IC-d.
Tingimusel, et Iouti (max) mõõdetud väärtus on tõenäoliselt varju oodatust väiksem, võite värbatud IC-d rakendada suurema induktiivsusega induktiivpooliga, kui see on endiselt ettenähtud seerias. Suurem induktiivsus vähendab pulsatsioonivoolu ja suurendab seetõttu konkreetse IC abil maksimaalset väljundvoolu.
Kui kindlaksmääratud väärtus ületab programmi parimat väljundvoolu, arvutatakse seadme suurim lülitusvool:
Isw (max) = Delta I (L) / 2 + Iout (max) / (1 - D) --------- (4)
Delta I (L) = induktori lainevool, mõõdetuna teises võrrandis
Iout (max), = utiliidi jaoks vajalik optimaalne väljundvool
D = töötsükkel, mõõdetuna varem
See on tegelikult optimaalne vool, induktor, suletud lüliti (d) lisaks välisele dioodile peavad vastu astuma.
Induktori valik
Mõnikord annavad andmelehed arvukalt soovitatud induktori väärtusi. Sellises olukorras soovite eelistada selle vahemikuga induktorit. Mida suurem on induktori väärtus, seda suurem on maksimaalne väljundvool peamiselt langenud lainevoolu tõttu.
Induktori väärtuse vähendamine, vähendamine on lahuse suurus. Pidage meeles, et induktiivpool peaks tõepoolest alati sisaldama paremat voolutugevust erinevalt võrrandis 4 määratletud maksimaalsest voolust, kuna vool kiireneb induktiivsuse langetamisel.
Elementide puhul, mille induktorivahemikku ls ei jagata, on järgmine pilt usaldusväärse arvutusega sobivale induktiivpoolile
L = Vin x (Vout - Vin) / Delta I (L) x f (s) x Vout --------- (5)
Vin = standard sisendpinge
Vout = eelistatud väljundpinge
f (s) = muunduri minimaalne lülitussagedus
Delta I (L) = induktori projitseeritud lainevool, jälgige allpool:
Induktori pulsatsioonivoolu lihtsalt ei saa esimese võrrandiga mõõta, lihtsalt sellepärast, et induktiivpooli ls ei tuvastata. Induktori pulsatsioonivoolu heli ligikaudne väärtus on 20% kuni 40% väljundvoolust.
Delta I (L) = (0,2 kuni 0,4) x Iout (max) x Vout / Vin ---------- (6)
Delta I (L) = induktori projitseeritud lainevool
Iout (max) = optimaalne väljund
rakenduse jaoks vajalik vool
Alaldi dioodi määramine
Kaotuse vähendamiseks tuleb Schottky dioode tõesti pidada heaks valikuks.
Vajalikuks peetav ettepoole suunatud vooluhind on võrdne maksimaalse väljundvooluga
I (f) = Iout (max) ---------- (7)
I (f) = tüüpiline
alaldi dioodi edasivool
Iout (max) = programmis oluline optimaalne väljundvool
Schottky dioodid sisaldavad oluliselt kõrgemat voolutugevust võrreldes normaalreitinguga. Seetõttu ei ole programmi suurenenud tippvool erilist muret tekitav.
Teine jälgitav parameeter on dioodi võimsuse hajumine. See koosneb järgmisest:
P (d) = I (f) x V (f) ---------- (8)
I (f) = alaldidioodi keskmine ettepoole suunatud vool
V (f) = alaldidioodi ettepoole suunatud pinge
Väljundpinge seadistus
Enamik muundureid eraldab väljundpinge takisti eraldusvõrguga (mis võiks olla sisseehitatudkas need peaksid olema statsionaarsed väljundpinge muundurid).
Määratud tagasiside pinge V (fb) ja tagasiside eelpinge I (fb) korral kipuvad pingejagurid olema
arvutatud.
Resistiivse jaguri abil võib vool olla umbes sada korda suurem kui tagasiside kallutatav vool:
I (r1 / 2)> või = 100 x I (fb) ---------- (9)
I (r1 / 2) = vool GND suhtes takistusliku jaguri käigus
I (fb) = andmelehelt tagasiside kallutatav vool
See suurendab pinge hindamise ebatäpsust alla 1%. Vool on lisaks tunduvalt suurem.
Väiksemate takisti väärtuste põhiprobleemiks on takistusjaoturi suurenenud võimsuskadu, välja arvatud see, et asjakohasus võib mõnevõrra suureneda.
Ülaltoodud veendumusega töötatakse takistid välja järgmiselt:
R2 = V (fb) / I (r1 / 2) ---------- (10)
R1 = R2 x [Vout / V (fb) - 1] ---------- (11)
R1, R2 = takisti jagaja.
V (fb) = tagasisidepinge andmelehelt
I (r1 / 2) = vool, mis tuleneb võrrandis 9 kehtestatud GND takistuslikust jagurist
Vout = kavandatud väljundpinge
Sisendkondensaatori valik
Sisendkondensaatori väikseim väärtus antakse tavaliselt välja andmelehel. See väikseim väärtus on oluline sisendpinge püsimiseks, mis tuleneb lülitusallika tippvoolu eeldusest.
Kõige sobivam meetod on kasutada vähendatud samaväärse seeriatakistusega (ESR) keraamilisi kondensaatoreid.
Dielektriline element peab olema X5R või kõrgem. Vastasel juhul võib kondensaator alalisvoolu eelarvamuse või temperatuuri tõttu suurema osa oma mahtuvusest langeda (vt viited 7 ja 8).
Väärtust võiks tegelikult tõsta, kui sisendpinge võib olla lärmakas.
Väljundkondensaatori valik
Parim meetod on leida väikesed ESR-kondensaatorid, et vähendada väljundpinge pulsatsiooni. Keraamilised kondensaatorid on õiged tüübid, kui dielektriline element on X5R tüüpi või tõhusamJuhul, kui muundur kannab välist kompensatsiooni, võib kasutada mis tahes tüüpi kondensaatori väärtust, mis ületab andmelehes soovitatud väikseimat väärtust, kuid mingil moel tuleb valitud väljundmahtuvuse jaoks kompensatsiooni muuta.
Sisemiselt kompenseeritud muundurite puhul tuleb harjuda induktiivpooli ja kondensaatori soovitavate väärtustega või võib väljundkondensaatorite kohandamiseks andmelehel oleva teabe vastu võtta suhtega L x C.
Sekundaarse kompenseerimise korral võivad järgmised võrrandid olla abiks kavandatud väljundpinge pulsatsiooni väljundkondensaatori väärtuste reguleerimisel:
Cout (min) = Iout (max) x D / f (s) x Delta Vout ---------- (12)
Cout (min) = väikseim väljundvõimsus
Iout (max) = kasutuse optimaalne väljundvool
D = valemiga 1 välja töötatud töötsükkel
f (s) = muunduri väikseim lülitussagedus
Delta Vout = ideaalne väljundpinge pulsatsioon
Väljundkondensaatori ESR suurendab kriipsu rohkem pulsatsiooni, mis on eelnevalt määratud võrrandiga:
Delta Vout (ESR) = ESR x [Iout (max) / 1 -D + Delta I (l) / 2] ---------- (13)
Delta Vout (ESR) = kondensaatoritest ESR tulenev alternatiivne väljundpinge pulsatsioon
ESR = kasutatud väljundkondensaatori ekvivalentne seeriatakistus
Iout (max) = kasutuse suurim väljundvool
D = esimeses võrrandis arvutatud töötsükkel
Delta I (l) = induktori lainevool võrrandist 2 või võrrandist 6
Võrrandid võimenduse muunduri võimsusastme hindamiseks
Maksimaalne töötsükkel: D = 1 - vein (min) x n / Vout ---------- (14)
Vin (min) = väikseim sisendpinge
Vout = eeldatav väljundpinge
n = muunduri kasutegur, nt. hinnanguliselt 85%
Induktori lainevool:
Delta I (l) = Vin (min) x D / f (s) x L ---------- (15)
Vin (min) = väikseim sisendpinge
D = valemiga 14 kehtestatud töötsükkel
f (s) = muunduri nimilülitussagedus
L = määratud induktori väärtus
Nimetatud IC maksimaalne väljundvool:
Iout (max) = [Ilim (min) - Delta I (l)] x (1 - D) ---------- (16)Ilim (min) = integraalse nõia praeguse piiri väikseim väärtus (pakutakse andmelehel)
Delta I (l) = valemis 15 määratud induktori lainevool
D = võrrandis 14 hinnatud töötsükkel
Rakenduspõhine maksimaalne lülitusvool:
Isw (max) = Delta I (l) / 2 + Iout (max) / (1 - D) ---------- (17)Delta I (l) = võrrandi 15 hinnanguline induktori pulsatsioonivool
Iout (max), = utiliidis vajalik suurim võimalik väljundvool
D = valemiga 14 arvutatud töötsükkel
Induktori lähenemine:
L = Vin x (Vout - Vin) / Delta I (l) x f (s) x Vout ---------- (18)Vin = ühine sisendpinge
Vout = kavandatud väljundpinge
f (s) = muunduri väikseim lülitussagedus
Delta I (l) = induktori projitseeritud lainevool, vt võrrandit 19
Induktiivpoole voolu hindamine:
Delta I (l) = (0,2 kuni 0,4) x Iout (max) x Vout / Vin ---------- (19)Delta I (l) = projitseeritud induktori pulsatsioonivool
Iout (max) = kasutamisel oluline suurim väljundvool
Alaldi dioodi tüüpiline edasivool:
I (f) = Iout (max) ---------- (20)
Iout (max) = utiliidi jaoks sobiv optimaalne väljundvool
Võimsuse hajumine alaldidioodis:
P (d) = I (f)
x V (f) ---------- (21)
I (f) = alaldi dioodi tüüpiline edasivool
V (f) = alaldidioodi ettepoole suunatud pinge
Voolutugevus, kasutades väljundpinge positsioneerimiseks takistustegurit:
I (r1 / 2)> või = 100 x I (fb) ---------- (22)I (fb) = andmelehelt tagasiside kallutatav vool
Takisti väärtus FB tihvti ja GND vahel:
R2 = V (fb) / I (r1 / 2) ---------- (23)
Takisti väärtus FB tihvti ja Vouti vahel:
R1 = R2 x [Vout / V (fb) - 1] ---------- (24)
V (fb) = tagasisidepinge andmelehelt
I (r1 / 2) = vool
tulenevalt GND-le takistuslikust jagurist, mis on välja arvutatud võrrandist 22
Vout = soovitud väljundpinge
Väikseim väljundvõimsus, muidu andmelehel eelnevalt määratud:
Cout (min) = Iout (max) x D / f (s) x Delta I (l) ---------- (25)
Iout (max) = programmi suurim võimalik väljundvool
D = valemiga 14 arvutatud töötsükkel
f (s) = muunduri väikseim lülitussagedus
Delta Vout = eeldatav väljundpinge pulsatsioon
ESR-i tõttu väljundpinge ülejääk:
Delta Vout (esr) = ESR x [Iout (max) / (1 - D) + Delta I (l) / 2 ---------- (26)
ESR = kasutatud väljundkondensaatori paralleelne jadatakistus
Iout (max) = kasutuse optimaalne väljundvool
D = valemiga 14 määratud töötsükkel
Delta I (l) = induktori lainevool võrrandist 15 või võrrandist 19
Eelmine: Tehke see elektriline tõukeratta / rikša vooluring Järgmine: Induktorite arvutamine Buck Boost muundurites
