Vendar postopek vedno ohranja razmerje P = I x V, kar pomeni, da ko izhod pretvornika stopnjuje vhodno napetost, se na izhodu sorazmerno zmanjša tok, zaradi česar je izhodna moč skoraj vedno enaka vhodni moč ali manjša od vhodne moči.
Kako deluje pretvornik Boost
Povečalni pretvornik je nekakšen napajalnik SMPS ali stikalnega načina, ki v osnovi deluje z dvema aktivnima polprevodnikoma (tranzistor in dioda) in z najmanj enim pasivnim sestavnim delom v obliki kondenzatorja ali induktorja ali obojim za večjo učinkovitost.Tu se induktor v osnovi uporablja za povečanje napetosti, kondenzator pa je uveden za filtriranje nihalnih nihanj in za zmanjšanje tokovnih valov na izhodu pretvornika.
Vhodno napajanje, ki ga bo morda treba povečati ali povečati, lahko dobite iz katerega koli ustreznega enosmernega vira, kot so baterije, sončni kolektorji, generatorji na motorju itd.
Načelo delovanja
Induktor v ojačevalnem pretvorniku ima pomembno vlogo pri povečanju vhodne napetosti.
Ključni vidik, ki postane odgovoren za aktiviranje povečevalne napetosti iz induktorja, je njegova lastna lastnost, da se upira ali nasprotuje nenadoma induciranemu toku preko njega, in odziv na to z ustvarjanjem magnetnega polja in posledičnim uničenjem magnetnega polja polje. Uničevanje vodi do sproščanja shranjene energije.
Ta zgornji postopek povzroči shranjevanje toka v induktorju in vrnitev tega shranjenega toka čez izhod v obliki zadnjega EMF.
Gonilno vezje relejnega tranzistorja lahko štejemo za odličen primer vezja pretvornika povečanja. Preklopna dioda, priključena preko releja, je uvedena za kratki stik povratnih EMF-jev iz tuljave releja in za zaščito tranzistorja, kadar se izklopi.
Če je ta dioda odstranjena in je preko tranzistorskega kolektorja / oddajnika priključen diodni kondenzatorski usmernik, se lahko preko tega kondenzatorja zbere ojačana napetost iz relejske tuljave.
Postopek v zasnovi pretvornika za povečanje povzroči izhodno napetost, ki je vedno višja od vhodne napetosti.
Konfiguracija pretvornika za povečanje
Sklicujoč se na naslednjo sliko, lahko vidimo standardno konfiguracijo ojačevalnega pretvornika, delovni vzorec lahko razumemo, kot je podan pod:Ko je prikazana naprava (ki je lahko kateri koli standardni BJT ali MOSFET) vklopljena, tok iz vhodnega napajanja vstopi v induktor in teče v smeri urnega kazalca skozi tranzistor, da zaključi cikel na negativnem koncu vhodnega napajanja.
Med zgornjim postopkom induktor doživi nenaden vnos toka čez sebe in se poskuša upreti dotoku, kar ima za posledico shranjevanje določene količine toka v njem z ustvarjanjem magnetnega polja.
V naslednjem naslednjem zaporedju, ko je tranzistor izklopljen, se prevodnost toka prekine, vendar spet povzroči nenadno spremembo trenutne ravni na induktorju. Induktor se na to odzove s povratnim udarcem ali sprostitvijo shranjenega toka. Ker je tranzistor v položaju IZKLOP, ta energija najde pot skozi diodo D in čez prikazane izhodne sponke v obliki zadnje EMF napetosti.
Induktor to stori tako, da uniči magnetno polje, ki je bilo prej ustvarjeno v njem, ko je bil tranzistor v načinu vklopa stikala.
Vendar se zgornji postopek sproščanja energije izvaja z nasprotno polarnostjo, tako da vhodna napajalna napetost postane zaporedno z napetostjo ems induktorja nazaj. In kot vsi vemo, da se, ko se napajalni viri zaporedno združijo, njihova neto napetost sešteva, da se doseže večji kombinirani rezultat.
Enako se zgodi v ojačevalnem pretvorniku med načinom praznjenja induktorja, ki povzroči izhod, ki je lahko skupni rezultat povratne EMF napetosti induktorja in obstoječe napajalne napetosti, kot je prikazano na zgornjem diagramu
Ta kombinirana napetost povzroči povečan izhod ali stopnjevan izhod, ki najde pot skozi diodo D in čez kondenzator C, da končno doseže priključeno obremenitev.
Kondenzator C ima tu precej pomembno vlogo, med načinom praznjenja induktorja kondenzator C v njem shrani sproščeno kombinirano energijo, v naslednji fazi, ko se tranzistor ponovno izklopi in je induktor v načinu shranjevanja, kondenzator C poskusi ohraniti ravnotežje z dobavo lastne shranjene energije obremenitvi. Glej spodnjo sliko.
To zagotavlja sorazmerno enakomerno napetost za priključeno obremenitev, ki lahko pridobi moč med vklopom in izklopom tranzistorja.
Če C ni vključen, se ta funkcija prekliče, kar ima za posledico nižjo moč obremenitve in nižjo stopnjo učinkovitosti.
Zgoraj razloženi postopek se nadaljuje, ko se tranzistor vklopi / izklopi pri določeni frekvenci, pri čemer se ohrani učinek pretvorbene ojačitve.
Načini delovanja
Povečalni pretvornik lahko deluje predvsem v dveh načinih: neprekinjenem načinu in prekinitvenem načinu.V neprekinjenem načinu tok induktorja med postopkom praznjenja nikoli ne sme doseči ničle (medtem ko je tranzistor izklopljen).
To se zgodi, ko je čas vklopa / izklopa tranzistorja dimenzioniran tako, da je induktor vedno hitro povezan nazaj z vhodnim napajanjem prek vklopljenega tranzistorja, preden se lahko popolnoma izprazni čez breme in kondenzator C.
To omogoča induktorju, da dosledno proizvaja povečevalno napetost z učinkovito hitrostjo.
V prekinitvenem načinu je lahko čas vklopa tranzistorskega stikala tako široko narazen, da se lahko induktor popolnoma izprazni in ostane neaktiven med obdobji vklopa tranzistorja, kar ustvarja velike valove napetosti na obremenitvi in kondenzatorju C.
Tako bi lahko bila proizvodnja manj učinkovita in z več nihanji.
Najboljši pristop je izračunati čas vklopa / izklopa tranzistorja, ki daje največjo stabilno napetost na izhodu, kar pomeni, da moramo zagotoviti, da je induktor optimalno vklopljen tako, da ni niti vklopljen prehitro, kar mu morda ne omogoča praznjenja optimalno in ga tudi ne vklopite zelo pozno, kar bi lahko izpraznilo neučinkovito točko.
Izračun, induktivnost, tok, napetost in delovni cikel v pretvorniku za povečanje
Tu bomo razpravljali samo o neprekinjenem načinu, ki je najprimernejši način za povečanje pretvornika, ocenimo izračune, povezane s pretvornikom za povečanje v neprekinjenem načinu:Medtem ko je tranzistor v vklopljeni fazi, napetost vhodnega vira (
) se preko induktorja inducira tok ( 
) se skozi induktor gradi za časovno obdobje, označeno s (t). To lahko izrazimo z naslednjo formulo: ΔIL / Δt = Vt / L
Ko se stanje tranzistorja ON vklopi in se tranzistor izklopi, lahko tok, ki naj bi se kopičil v induktorju, dobi po naslednji formuli:
ΔIL (vklopljeno) = 1 / L 0ʃDT
ali
Širina = DT (Vi) / L
Kjer je D delovni cikel. Za razumevanje njegove opredelitve se lahko sklicujete na naš prejšnji b uck pretvornik povezane objave
L označuje vrednost induktivnosti induktorja v Henryju.
Zdaj, ko je tranzistor v izklopljenem stanju in če domnevamo, da dioda ponuja minimalni padec napetosti na njej in kondenzator C dovolj velik, da lahko proizvaja skoraj konstantno izhodno napetost, potem izhodni tok (
) je mogoče razbrati s pomočjo naslednjega izraza Vi - Vo = LdI / dt
Tudi trenutne različice (
), ki se lahko pojavijo na induktorju med obdobjem praznjenja (stanje tranzistorja izključeno), je mogoče podati kot: ΔIL (izključeno) = 1 / L x DTʃT (Vi - Vo) dt / L = (Vi - Vo) (1 - D) T / L
Ob predpostavki, da bi pretvornik lahko deloval v razmeroma stabilnih pogojih, lahko domnevamo, da je velikost toka ali energija, shranjena znotraj induktorja v celotnem komutacijskem (preklopnem) ciklu, enakomerna ali z enako hitrostjo, lahko to izrazimo kot:
E = ½ L x 2IL
Zgornje tudi pomeni, da bi morala biti trenutna vrednost spremembe trenutne ravni enaka nič, saj naj bo tok v celotnem obdobju komutacije ali na začetku stanja vklopa in na koncu stanja izklopa enak. izraženo spodaj:
ΔIL (vklopljeno) + ΔIL (izklopljeno) = 0
Če vrednosti ΔIL (vklopljeno) in ΔIL (izklopljeno) nadomestimo v zgornji formuli iz prejšnjih izpeljav, dobimo:
IL (vklopljeno) - ΔIL (izklopljeno) = Vidt / L + (Vi - Vo) (1 - D) T / L = 0
Nadaljnja poenostavitev daje naslednji rezultat: Vo / Vi = 1 / (1 - D)
ali
Vo = Vi / (1 - D)
Zgornji izraz jasno označuje, da bo izhodna napetost v ojačevalnem pretvorniku vedno višja od vhodne napajalne napetosti (v celotnem območju delovnega cikla, od 0 do 1)
Premešamo izraze po straneh v zgornji enačbi in dobimo enačbo za določanje delovnega cikla v delovnem ciklu pretvornika.
D = 1 - Vo / Vi
Zgornje ocene nam dajejo različne formule za določanje različnih parametrov, ki so vključeni v operacije pretvornika pospeševanja, ki jih je mogoče učinkovito uporabiti za izračun in optimizacijo natančne zasnove pretvornika povišanja.
Izračunaj stopnjo moči pretvornika povečanja
Za izračun stopnje moči pretvornika povečave so potrebne naslednje 4 smernice:
1. Območje vhodne napetosti: Vin (min) in Vin (max)
2. Minimalna izhodna napetost: Vout
3. Najvišji izhodni tok: izhod (max)
4. Vezje IC, ki je bilo uporabljeno za izdelavo pretvornika povečanja.
To je pogosto obvezno, preprosto zato, ker je treba za izračune upoštevati določene orise, ki morda niso omenjeni v podatkovnem listu.
V primeru, da so te omejitve znane, se približek stopnje moči običajno pozna
poteka.
Vrednotenje najvišjega preklopnega toka
Primarni korak za določitev preklopnega toka bi bil ugotoviti obratovalni cikel D za najmanjšo vhodno napetost. Minimalna vhodna napetost se uporablja predvsem zato, ker to povzroči največji tok stikala.
D = 1 - {Vin (min) x n} / Vout ---------- (1)
Vin (min) = najmanjša vhodna napetost
Vout = zahtevana izhodna napetost
n = izkoristek pretvornika, npr. pričakovana vrednost lahko znaša 80%
Učinkovitost je vključena v izračun delovnega cikla, preprosto zato, ker mora pretvornik predstaviti tudi odvajanje moči. Ta ocena ponuja bolj smiseln obratovalni cikel v primerjavi s formulo brez faktorja učinkovitosti.
Mogoče moramo dovoliti ocenjeno 80-odstotno toleranco (kar za spodbudo ne bi moglo biti nepraktično)
pretvornik v najslabšem primeru), je treba upoštevati ali se sklicevati na del z običajnimi lastnostmi v izbranem podatkovnem listu pretvornika
Izračun valovitega toka
Naslednji ukrep za izračun najvišjega preklopnega toka bi bil ugotoviti valovni tok induktorja.
V obrazcu s podatki o pretvorniku so običajno določeni induktorji ali različni induktorji navedeni za delo z IC. Zato moramo bodisi uporabiti predlagano vrednost induktorja za izračun valovitega toka, če v obrazcu ni ničesar, tistega, ki je ocenjen na seznamu Induktorji.
S izvolitev te opombe k aplikaciji Calculate Boost Converter Power Stage.
Delta I (l) = {Vin (min) x D} / f (s) x L ---------- (2)
Vin (min) = najmanjša vhodna napetost
D = delovni cikel, izmerjen v enačbi 1
f (s) = najmanjša preklopna frekvenca pretvornika
L = prednostna vrednost induktorja
Nato ga je treba določiti, če najprimernejša IC lahko zagotavlja optimalno moč
trenutno.
Iout (max) = [I lim (min) - Delta I (l) / 2] x (1 - D) ---------- (3)
I lim (min) = najmanjša vrednost
trenutna omejitev vključenega stikala (označeno v podatkih
list)
Delta I (l) = valovni tok induktorja, izmerjen v prejšnji enačbi
D = delovni cikel, izračunan v prvi enačbi
Če je ocenjena vrednost za optimalni izhodni tok izbranega IC, Iout (max), nižja od pričakovanega največjega izhodnega toka v sistemih, je treba res uporabiti alternativni IC z nekoliko višjim krmiljenjem toka stikala.
Pod pogojem, da je izmerjena vrednost za Iout (max) verjetno za odtenek manjša od pričakovane, lahko uporabljeni IC uporabite z induktorjem z večjo induktivnostjo, kadar je še vedno v predpisani seriji. Večja induktivnost zmanjša valovalni tok, zato poveča največji izhodni tok s specifično IC.
Če je ugotovljena vrednost nad najboljšim izhodnim tokom programa, se ugotovi največji preklopni tok v opremi:
Isw (max) = Delta I (L) / 2 + Iout (max) / (1 - D) --------- (4)
Delta I (L) = valovni tok induktorja, izmerjen v drugi enačbi
Iout (max), = optimalni izhodni tok, ki je bistven za pripomoček
D = delovni cikel, izmerjen prej
To je dejansko optimalen tok, induktor, zaprta stikala (stikala) poleg zunanje diode se morajo postaviti proti.
Izbira induktorja
Včasih podatki vsebujejo številne priporočene vrednosti induktorja. V tem primeru boste želeli raje induktor s tem obsegom. Čim večja je vrednost induktorja, povečan je največji izhodni tok predvsem zaradi zmanjšanega valovitega toka.
Zmanjšana vrednost induktorja, pomanjšana je velikost raztopine. Zavedajte se, da mora induktor v resnici vedno vključevati boljši nazivni tok v primerjavi z največjim tokom, določenim v enačbi 4, ker se tok pospešuje z nižjo induktivnostjo.
Za elemente, pri katerih ni razdeljen noben induktorski tuljav, je naslednja slika zanesljiv izračun ustrezne induktorske tuljave
L = Vin x (Vout - Vin) / Delta I (L) x f (s) x Vout --------- (5)
Vin = standardna vhodna napetost
Vout = prednostna izhodna napetost
f (s) = najmanjša preklopna frekvenca pretvornika
Delta I (L) = predvideni valovni tok induktorja, upoštevajte spodaj:
Valovitega toka induktorja preprosto ni mogoče izmeriti s prvo enačbo, samo ker induktor ni prepoznan. Zvočni približek za valovalni tok induktorja je 20% do 40% izhodnega toka.
Delta I (L) = (0,2 do 0,4) x Iout (max) x Vout / Vin ---------- (6)
Delta I (L) = predvideni valovni tok induktorja
Iout (max) = optimalen izhod
trenutno potreben za prijavo
Določanje usmerniške diode
Da bi zmanjšali izgube, je Schottkyjeve diode res treba šteti za dobro izbiro.
Napajalni tok, ki se mu zdi potreben, je enak največjemu izhodnemu toku
I (f) = Iout (max) ---------- (7)
I (f) = tipično
prednji tok usmerniške diode
Iout (max) = optimalni izhodni tok, pomemben v programu
Schottkyjeve diode vsebujejo bistveno večjo maksimalno vrednost toka v primerjavi z normalno vrednostjo. Zato povečan največji tok v programu ni velika skrb.
Drugi parameter, ki ga je treba spremljati, je odvajanje moči diode. Sestavljen je iz:
P (d) = I (f) x V (f) ---------- (8)
I (f) = povprečni prednji tok usmerniške diode
V (f) = naprej napetost usmerniške diode
Nastavitev izhodne napetosti
Večina pretvornikov dodeli izhodno napetost z uporovnim delilnim omrežjem (ki bi ga lahko vgradilinaj bodo nepremični pretvorniki izhodne napetosti).
Z dodeljeno povratno napetostjo V (fb) in povratnim tokom predsmerja I (fb) je napetostni delilnik ponavadi
izračunano.
Tok s pomočjo uporovnega delilnika bi bil morda približno stokrat večji kot tok prednapetosti povratne informacije:
I (r1 / 2)> ali = 100 x I (fb) ---------- (9)
I (r1 / 2) = tok med uporovnim delilnikom na GND
I (fb) = tok prednapetosti povratne informacije iz podatkovnega lista
To poveča pod 1% netočnost ocene napetosti. Tok je dodatno občutno večji.
Glavna težava pri manjših vrednostih upora je povečana izguba moči v uporovnem delilniku, le da je lahko relevantnost nekoliko povišana.
Z zgornjim prepričanjem so upori izdelani, kot je navedeno spodaj:
R2 = V (fb) / I (r1 / 2) ---------- (10)
R1 = R2 x [Vout / V (fb) - 1] ---------- (11)
R1, R2 = uporovni delilnik.
V (fb) = povratna napetost s podatkovnega lista
I (r1 / 2) = tok zaradi uporovnega delilnika na GND, določenega v enačbi 9
Vout = načrtovana izhodna napetost
Izbira vhodnega kondenzatorja
Najmanjša vrednost za vhodni kondenzator je običajno podana v podatkovnem listu. Ta najmanjša vrednost je ključnega pomena za stabilno vhodno napetost, ki je posledica najvišjega toka, ki je potreben za preklopno napajanje.
Najprimernejša metoda je uporaba keramičnih kondenzatorjev z zmanjšano enakovredno serijsko odpornostjo (ESR).
Dielektrični element mora biti X5R ali več. V nasprotnem primeru lahko kondenzator odpade večino svoje kapacitivnosti zaradi pristranskosti enosmernega toka ali temperature (glej reference 7 in 8).
Vrednost bi lahko dejansko povišali, če je morda vhodna napetost hrupna.
Izbira izhodnega kondenzatorja
Najboljša metoda je, da poiščemo majhne kondenzatorje ESR, da zmanjšamo valovanje na izhodni napetosti. Keramični kondenzatorji so prave vrste, kadar je dielektrični element tipa X5R ali bolj učinkovitV primeru, da ima pretvornik zunanjo kompenzacijo, je mogoče uporabiti kakršno koli vrednost kondenzatorja, ki presega najmanjšo vrednost v obrazcu, vendar je treba nekako spremeniti kompenzacijo za izbrano izhodno kapacitivnost.
Pri interno kompenziranih pretvornikih je treba navajati priporočljive vrednosti induktorja in kondenzatorja ali pa bi lahko podatke v podatkovnem listu za prilagoditev izhodnih kondenzatorjev sprejeli z razmerjem L x C.
Pri sekundarni kompenzaciji so lahko naslednje enačbe v pomoč pri uravnavanju vrednosti izhodnega kondenzatorja za načrtovano valovanje izhodne napetosti:
Cout (min) = Iout (max) x D / f (s) x Delta Vout ---------- (12)
Cout (min) = najmanjša izhodna kapacitivnost
Iout (max) = optimalni izhodni tok uporabe
D = delovni cikel, izdelan z enačbo 1
f (s) = najmanjša preklopna frekvenca pretvornika
Delta Vout = idealno valovanje izhodne napetosti
ESR izhodnega kondenzatorja poveča pomikanje, ki je predhodno dodeljeno z enačbo:
Delta Vout (ESR) = ESR x [Iout (max) / 1 -D + Delta I (l) / 2] ---------- (13)
Delta Vout (ESR) = alternativno valovanje izhodne napetosti, ki je posledica kondenzatorjev ESR
ESR = enakovredna serijska upornost uporabljenega izhodnega kondenzatorja
Iout (max) = največji izhodni tok uporabe
D = delovni cikel, ugotovljen v prvi enačbi
Delta I (l) = valovit tok induktorja iz enačbe 2 ali enačbe 6
Enačbe za oceno stopnje moči pretvornika za povečanje
Največji delovni cikel: D = 1 - Vino (min) x n / Vout ---------- (14)
Vin (min) = najmanjša vhodna napetost
Vout = pričakovana izhodna napetost
n = izkoristek pretvornika, npr. po ocenah 85%
Induktorski valovalni tok:
Delta I (l) = Vin (min) x D / f (s) x L ---------- (15)
Vin (min) = najmanjša vhodna napetost
D = delovni cikel, določen v enačbi 14
f (s) = nominalna preklopna frekvenca pretvornika
L = določena vrednost induktorja
Največji izhodni tok nominirane IC:
Iout (max) = [Ilim (min) - Delta I (l)] x (1 - D) ---------- (16)Ilim (min) = najmanjša vrednost trenutne meje integrirane čarovnice (na voljo v podatkovnem listu)
Delta I (l) = valovni tok induktorja, določen v enačbi 15
D = delovni cikel, ocenjen v enačbi 14
Maksimalni tok stikala za posamezno aplikacijo
Isw (max) = Delta I (l) / 2 + Iout (max) / (1 - D) ---------- (17)Delta I (l) = valovni tok induktorja, ocenjen v enačbi 15
Iout (max), = najvišji možni izhodni tok, potreben v pripomočku
D = delovni cikel, ugotovljen v enačbi 14
Približnost induktorja:
L = Vin x (Vout - Vin) / Delta I (l) x f (s) x Vout ---------- (18)Vin = skupna vhodna napetost
Vout = načrtovana izhodna napetost
f (s) = najmanjša preklopna frekvenca pretvornika
Delta I (l) = predvideni valovni tok induktorja, glej enačbo 19
Vrednotenje valovitega toka induktorja:
Delta I (l) = (0,2 do 0,4) x Iout (max) x Vout / Vin ---------- (19)Delta I (l) = predvideni valovni tok induktorja
Iout (max) = najvišji izhodni tok, pomemben pri uporabi
Tipični prednji tok usmerniške diode:
I (f) = Iout (max) ---------- (20)
Iout (max) = optimalni izhodni tok, primeren v pripomočku
Odvajanje moči v usmerniški diodi:
P (d) = I (f)
x V (f) ---------- (21)
I (f) = tipični prednji tok usmerniške diode
V (f) = naprej napetost usmerniške diode
Tok z uporabo uporovnega delilnega omrežja za pozicioniranje izhodne napetosti:
I (r1 / 2)> ali = 100 x I (fb) ---------- (22)I (fb) = tok prednapetosti povratne informacije iz podatkovnega lista
Vrednost upora med FB Pin in GND:
R2 = V (fb) / I (r1 / 2) ---------- (23)
Vrednost upora med FB pin in Vout:
R1 = R2 x [Vout / V (fb) - 1] ---------- (24)
V (fb) = povratna napetost s podatkovnega lista
I (r1 / 2) = tok
zaradi uporovnega delilnika na GND, ugotovljeno v enačbi 22
Vout = iskana izhodna napetost
Najmanjša izhodna kapacitivnost, sicer vnaprej dodeljena v podatkovnem listu:
Cout (min) = Iout (max) x D / f (s) x Delta I (l) ---------- (25)
Iout (max) = največji možni izhodni tok programa
D = delovni cikel, ugotovljen v enačbi 14
f (s) = najmanjša preklopna frekvenca pretvornika
Delta Vout = pričakovano valovanje izhodne napetosti
Prekomerno valovanje izhodne napetosti zaradi ESR:
Delta Vout (esr) = ESR x [Iout (max) / (1 - D) + Delta I (l) / 2 ---------- (26)
ESR = vzporedna serijska upornost uporabljenega izhodnega kondenzatorja
Iout (max) = optimalni izhodni tok uporabe
D = delovni cikel, določen v enačbi 14
Delta I (l) = valovit tok induktorja iz enačbe 15 ali enačbe 19
Prejšnja: Naredite to električno vezje za skuter / rikšo Naprej: Izračun induktorjev v pretvornikih Buck Boost
