Kinakalkula ang Boltahe, Kasalukuyang sa isang Buck Inductor

Sa post na ito susubukan naming maunawaan ang iba't ibang mga parameter na kinakailangan para sa pagdidisenyo ng isang tamang buck converter inductor, tulad na ang kinakailangang output ay makakamit ang maximum na kahusayan.

Sa aming naunang post natutunan natin ang pangunahing kaalaman ng mga converter ng usang lalaki at napagtanto ang mahalagang aspeto tungkol sa ON oras ng transistor na patungkol sa pana-panahong oras ng PWM na mahalagang tumutukoy sa output boltahe ng converter ng usang lalaki.

Sa post na ito magpunta kami ng isang maliit na mas malalim at subukang suriin ang kaugnayan sa pagitan ng input boltahe, oras ng paglipat ng transistor, output boltahe at ang kasalukuyang ng buck inductor, at tungkol sa kung paano i-optimize ang mga ito habang nagdidisenyo ng isang buck inductor.

Mga pagtutukoy ng Buck Converter

Unawain muna natin ang iba't ibang mga parameter na kasangkot sa isang buck converter:

Kasalukuyang inductor kasalukuyang, ( ako_pk ) = Ito ang maximum na halaga ng kasalukuyang na maaaring iimbak ng isang inductor bago mabusog. Dito ang terminong 'puspos' ay nangangahulugang isang sitwasyon kung saan ang oras ng paglipat ng transistor ay napakahaba na patuloy na NAKA-ON kahit na tumawid ang inductor sa maximum o rurok na kasalukuyang pag-iimbak nito. Ito ay isang hindi kanais-nais na sitwasyon at dapat iwasan.

Minimum Inductor Kasalukuyang, ( ako_o ) = Ito ang minimum na halaga ng kasalukuyang na maaaring payagan para sa inductor na maabot habang ang inductor ay naglalabas sa pamamagitan ng paglabas ng nakaimbak na enerhiya sa anyo ng back EMF.

Ibig sabihin, sa proseso kapag ang transistor ay naka-OFF, ang inductor ay naglalabas ng nakaimbak na enerhiya sa pagkarga at sa kurso ang nakaimbak na kasalukuyang bumababa ng exponentially patungo sa zero, subalit bago ito umabot sa zero ang transistor ay maaaring ipagpalit muli, at ito ang punto kung saan ang transistor ay maaaring lumipat SA muli ay tinawag bilang pinakamaliit na kasalukuyang inductor.

Ang kondisyon sa itaas ay tinatawag ding tuluy-tuloy na mode para sa a disenyo ng buck converter .

Kung ang transistor ay hindi lumilipat ON bago ang kasalukuyang inductor ay bumaba sa zero, kung gayon ang sitwasyon ay maaaring tinukoy bilang hindi nagpapatuloy na mode, na kung saan ay isang hindi kanais-nais na paraan upang mapatakbo ang isang buck converter at maaaring humantong sa isang hindi mabisang pagtatrabaho ng system.

Kasalukuyang Ripple, (Δi = ako_pk - ako_o ) = Tulad ng makikita mula sa magkadugtong na pormula, ang ripple Δ ako ang pagkakaiba sa pagitan ng kasalukuyang tugatog at pinakamaliit na kasalukuyang sapilitan sa inductor ng usang lalaki.

Ang isang filter capacitor sa output ng buck converter ay karaniwang magpapatibay sa kasalukuyang ripple na ito at makakatulong upang gawin itong medyo pare-pareho.

Duty Cycle, (D = T_sa / T) = Ang siklo ng tungkulin ay kinakalkula sa pamamagitan ng paghati sa ON oras ng transistor ng pana-panahong oras.

Ang pana-panahong oras ay ang kabuuang oras na kinuha ng isang siklo ng PWM upang makumpleto, iyon ang ON time + OFF na oras ng isang PWM na pinakain sa transistor.

SA oras ng Transistor ( T_sa = D / f) = Ang ON time ng PWM o ang 'switch ON' na oras ng transistor ay maaaring makamit sa pamamagitan ng paghahati ng cycle ng tungkulin sa dalas.

Average na kasalukuyang output o kasalukuyang karga, ( ako_ibon = Δi / 2 = i _karga ) = Nakuha ito sa pamamagitan ng paghahati ng kasalukuyang ripple ng 2. Ang halagang ito ay ang average ng kasalukuyang rurok at ang pinakamaliit na kasalukuyang maaaring magamit sa buong karga ng isang output ng buck converter.

RMS na halaga ng Triangle wave irms = √ { ako_o ^dalawa + (Δi) ^dalawa / 12} = Ang expression na ito ay nagbibigay sa amin ng RMS o ang ugat na nangangahulugang parisukat na halaga ng lahat o anumang bahagi ng alon ng tatsulok na maaaring maiugnay sa isang buck converter.

OK, sa gayon ang nasa itaas ay ang iba't ibang mga parameter at expression na mahalagang kasangkot sa isang buck converter na maaaring magamit habang kinakalkula ang isang buck inductor.

Alamin natin ngayon kung paano maaaring maiugnay ang boltahe at kasalukuyang sa isang buck inductor at kung paano ito maaaring matukoy nang tama, mula sa sumusunod na ipinaliwanag na data:

Tandaan dito ipinapalagay namin na ang paglipat ng transistor ay nasa tuloy-tuloy na mode, iyon ang transistor na laging switch ON bago magawa ng inductor ang nakaimbak na EMF na ito at maging walang laman.

Tunay na ginagawa ito sa pamamagitan ng naaangkop na pag-dimensyon ng ON oras ng transistor o ang cycle ng tungkulin ng PWM na patungkol sa inductor na kapasidad (bilang ng mga liko).

V at I Relasyon

Ang ugnayan sa pagitan ng boltahe at kasalukuyang sa loob ng isang buck inductor ay maaaring mailagay bilang:

V = L di / dt

o

i = 1 / L 0ʃtVdt + i_o

Ang pormula sa itaas ay maaaring gamitin para sa pagkalkula ng kasalukuyang output ng usang at ito ay nagtataglay ng mabuti kapag ang PWM ay nasa anyo ng isang exponentially pagtaas at nabubulok na alon, o maaaring isang tatsulok na alon.

Gayunpaman kung ang PWM ay nasa anyo ng mga hugis-parihaba na form ng alon o pulso, ang pormula sa itaas ay maaaring nakasulat bilang:

i = (Vt / L) + i_o

Narito ang Vt ay ang boltahe sa buong paikot-ikot na pinarami ng oras kung saan ito napapanatili (sa mga micro-sec)

Ang formula na ito ay naging mahalaga habang kinakalkula ang halaga ng inductance L para sa isang buck inductor.

Ipinapakita ng expression sa itaas na ang kasalukuyang output mula sa isang buck inductor ay nasa anyo ng isang linear ramp, o malawak na mga tatsulok na alon, kapag ang PWM ay nasa anyo ng mga triangular na alon.

Tingnan natin ngayon kung paano maaaring matukoy ng isa ang kasalukuyang rurok sa loob ng isang buck inductor, ang pormula para dito ay:

ipk = (Vin - Vtrans - Vout) Ton / L + i_o

Ang expression sa itaas ay nagbibigay sa amin ng kasalukuyang tugatog habang ang transistor ay nakabukas ON at habang ang kasalukuyang sa loob ng inductor ay bubuo nang linear (sa loob ng saklaw ng saturation *)

Kinakalkula ang Kasalukuyang Kasalukuyan

Samakatuwid ang expression sa itaas ay maaaring gamitin para sa pagkalkula ng kasalukuyang rurok na build-up sa loob ng isang buck inductor habang ang transistor ay nasa switch ON phase.

Kung ang expression io ay inilipat sa LHS makukuha natin:

ako_pk- i_o= (Alak - Vtrans - Vout) Ton / L

Narito ang Vtrans ay tumutukoy sa pagbagsak ng boltahe sa kolektor / emitter ng transistor

Alalahanin na ang kasalukuyang ripple ay ibinibigay din ng Δi = ipk - io, samakatuwid pinapalitan ito sa itaas na pormula na nakukuha natin:

Δi = (Vin - Vtrans - Vout) Ton / L ------------------------------------ Eq # 1
Tingnan natin ngayon ang expression para sa pagkuha ng kasalukuyang sa loob ng inductor sa panahon ng switch-OFF ng transistor, maaari itong matukoy sa tulong ng sumusunod na equation:

ako_o= ako_pk- (Vout - VD) Toff / L

Muli, sa pamamagitan ng pagpapalit ng ipk - io ni Δi sa expression sa itaas nakukuha namin:

Δi = (Vout - VD) Toff / L ------------------------------------- Eq # 2

Ang Eq # 1 at Eq # 2 ay maaaring gamitin para sa pagtukoy ng mga kasalukuyang halaga ng ripple habang ang transistor ay nagbibigay ng kasalukuyang sa inductor, iyon ay sa oras na ON .. at habang ang inductor ay inaalis ang nakaimbak na kasalukuyang sa pamamagitan ng pagkarga sa panahon ng transistor switch OFF.

Sa talakayan sa itaas matagumpay naming nakuha ang equation para sa pagtukoy ng kasalukuyang (amp) factor sa isang buck inductor.

Pagtukoy ng Boltahe

Subukan natin ngayon upang makahanap ng isang expression na maaaring makatulong sa amin upang matukoy ang boltahe kadahilanan sa isang usbong inductor.

Dahil ang Δi ay karaniwan sa parehong Eq # 1 at Eq # 2, maaari nating ipantay ang mga term sa bawat isa upang makuha ang:

(Alak - 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

Pinalitan ang Ton / T expression sa pamamagitan ng duty cycle D sa itaas na expression, nakukuha namin

Vout = (Vin - Vtrans) D + VD (1 - D)

Pinoproseso ang equation sa itaas na karagdagang nakukuha namin:

Vout + VD = (Vin - Vtrans + VD) D
o

D = Vout - VD / (Vin - Vtrans - VD)

Narito ang VD ay tumutukoy sa pagbagsak ng boltahe sa diode.

Kinakalkula ang Step Down Voltage

Kung hindi natin pinapansin ang mga patak ng boltahe sa transistor at diode (dahil ang mga ito ay maaaring maging labis na walang halaga kumpara sa input boltahe), maaari nating putulin ang ekspresyon sa itaas na ibinigay sa ibaba:

Vout = DVin

Ang pangwakas na equation sa itaas ay maaaring magamit para sa pagkalkula ng step down voltage na maaaring inilaan mula sa isang partikular na inductor habang nagdidisenyo ng isang circuit ng buck converter.

Ang equation sa itaas ay pareho sa tinalakay sa nalutas na halimbawa ng aming nakaraang artikulo ' kung paano gumagana ang mga buck converter .

Sa susunod na artikulo matututunan natin kung paano tantyahin ang bilang ng mga liko sa isang buck inductor .... mangyaring manatiling nakasubaybay.