Menghitung Induktor dalam Konverter Buck Boost

Dalam posting ini kami mencoba memahami metode pengukuran atau penghitungan induktor di rangkaian konverter buck boost untuk memastikan kinerja yang optimal dari perangkat ini.

Kami mengambil contoh konverter penguat IC 555 dan tipologi konverter buck IC 555, dan mencoba memahami teknik pengoptimalan melalui persamaan dan penyesuaian manual, untuk mencapai respons keluaran paling optimal dari desain konverter ini.

Dalam beberapa posting saya sebelumnya, kami mempelajari secara komprehensif mengenai cara kerja SMPS buck dan boost converter, dan kami juga menyimpulkan beberapa rumus dasar untuk mengevaluasi parameter penting seperti tegangan, arus dan induktansi di rangkaian konverter ini.

Anda mungkin ingin meringkas rincian dari artikel berikut, sebelum memulai artikel ini yang berhubungan dengan metode perancangan induktor.

Cara Kerja Boost Converters

Bagaimana Buck Converters Bekerja

Persamaan Buck Boost Dasar

Untuk menghitung induktor di sirkuit SMPS buck boost, kita dapat memperoleh dua rumus penutup berikut untuk konverter uang dan untuk konverter dorongan masing-masing:

Vo = DVin ---------- Untuk Buck Converter

Vo = Vin / (1 - D) ---------- Untuk Boost Converter

Disini D = Duty Cycle, yaitu = Transistor ON time / ON + OFF time dari setiap siklus PWM

Vo = Tegangan Output dari konverter

Vin = Tegangan suplai input ke konverter

Dari rumus yang diturunkan di atas, kita dapat memahami bahwa 3 parameter dasar yang dapat digunakan untuk menentukan dimensi keluaran dalam rangkaian berbasis SMP adalah:

Parameter Utama Terkait dengan Konverter Buck Boost

1) Siklus tugas

2) Waktu ON / OFF Transistor

3) Dan level Tegangan Input.

Ini menyiratkan bahwa dengan menyesuaikan salah satu parameter di atas secara tepat, menjadi mungkin untuk menyesuaikan tegangan output dari konverter. Penyesuaian ini dapat diterapkan secara manual atau otomatis melalui rangkaian PWM yang dapat menyesuaikan sendiri.

Meskipun rumus di atas dengan jelas menjelaskan cara mengoptimalkan tegangan keluaran dari konverter buck atau boost, kami masih belum tahu bagaimana induktor dapat dibangun untuk mendapatkan respons yang optimal di rangkaian ini.

Anda mungkin menemukan banyak rumus yang rumit dan diteliti untuk menyelesaikan masalah ini, namun tidak ada penghobi baru atau penggemar elektronik mana pun yang tertarik untuk benar-benar berjuang dengan rumus kompleks ini untuk nilai-nilai yang diperlukan, yang sebenarnya memiliki kemungkinan lebih besar untuk memberikan hasil yang salah karena kerumitannya. .

Ide yang lebih baik dan lebih efektif adalah 'menghitung' nilai induktor dengan pengaturan eksperimental dan melalui beberapa proses coba-coba praktis seperti yang dijelaskan dalam paragraf berikut.

Konfigurasi Boost Converter Menggunakan IC 555

Desain boost dan buck converter sederhana berbasis IC 555 ditunjukkan di bawah ini yang dapat digunakan untuk menentukan nilai induktor terbaik untuk rangkaian konverter boost SMPS tertentu.

Induktor L awalnya dapat dibuat secara sewenang-wenang.

Itu Aturan praktisnya adalah menggunakan jumlah belokan sedikit lebih tinggi dari tegangan suplai , oleh karena itu jika tegangan suplai 12V, jumlah putaran bisa menjadi sekitar 15 putaran.

1. Itu harus dililitkan di atas inti ferit yang sesuai, yang bisa berupa cincin ferit atau batang ferit, atau di atas rakitan inti EE.
2. Ketebalan kawat ditentukan oleh persyaratan amp yang awalnya tidak akan menjadi parameter yang relevan, oleh karena itu kawat enamel tembaga yang relatif tipis akan bekerja, mungkin sekitar 25 SWG.
3. Kemudian sesuai spesifikasi saat ini dari desain yang dimaksudkan, lebih banyak kabel dapat ditambahkan secara paralel ke induktor sambil menggulungnya agar kompatibel dengan nilai ampere yang ditentukan.
4. Diameter induktor akan tergantung pada frekuensi, frekuensi yang lebih tinggi akan memungkinkan diameter yang lebih kecil dan sebaliknya. Untuk lebih tepatnya, induktansi yang ditawarkan oleh induktor menjadi lebih tinggi seiring dengan peningkatan frekuensi, oleh karena itu parameter ini perlu dikonfirmasi melalui pengujian terpisah menggunakan pengaturan IC 555 yang sama.

Diagram Sirkuit Boost Converter

Mengoptimalkan Kontrol Potensiometer

Pengaturan di atas menunjukkan rangkaian IC 555 PWM dasar, yang dilengkapi dengan potensiometer terpisah untuk memungkinkan frekuensi yang dapat disesuaikan, dan output PWM yang dapat disesuaikan di pin # 3.

Pin # 3 dapat dilihat terhubung ke konfigurasi konverter boost standar menggunakan transistor TIP122 induktor L, dioda BA159 dan kapasitor C.

Transistor BC547 dipasang untuk membatasi arus yang melintasi TIP122 sehingga selama proses penyesuaian ketika pot sedang di-tweak, TIP122 tidak pernah diizinkan untuk melewati titik kerusakan, sehingga BC547 melindungi TIP122 dari arus berlebih dan membuat prosedur aman dan sangat mudah bagi pengguna.

Tegangan output atau tegangan boost dimonitor melintasi C untuk mendapatkan respons optimal maksimum selama keseluruhan proses pengujian.

Konverter penguat IC 555 kemudian dapat dioptimalkan secara manual melalui langkah-langkah berikut:

• Awalnya, atur pot PWM untuk menghasilkan PWM sesempit mungkin di pin # 3, dan frekuensi disesuaikan menjadi sekitar 20kHz.
• Ambil multimeter digital yang dipasang di atas rentang DC 100 V dan sambungkan kabel di C dengan polaritas yang sesuai.
• Selanjutnya, sesuaikan secara bertahap pot PWM dan monitor selama tegangan di C terus naik. Saat Anda menemukan voltase ini turun, kembalikan penyesuaian ke posisi sebelumnya yang menghasilkan voltase tertinggi pada pot, dan perbaiki posisi pot / preset ini sebagai titik optimal untuk induktor yang dipilih.
• Setelah ini, sesuaikan pot frekuensi dengan cara yang sama untuk pengoptimalan lebih lanjut dari level tegangan di C, dan atur untuk mencapai titik frekuensi paling efektif, untuk induktor yang dipilih.
• Untuk menentukan siklus kerja, seseorang mungkin dapat memeriksa rasio resistansi panci PWM, yang akan berbanding lurus dengan rasio ruang tanda siklus tugas keluaran pin # 3.
• Nilai frekuensi dapat dipelajari melalui pengukur frekuensi atau dengan menggunakan rentang frekuensi melintasi DMM yang diberikan jika memiliki fasilitas, ini dapat diperiksa pada pin # 3 dari IC.

Parameter induktor Anda sekarang ditentukan dan dapat digunakan untuk konverter penguat apa pun untuk mendapatkan respons optimal terbaik.

Menentukan Arus untuk Induktor

Spesifikasi induktor saat ini dapat ditingkatkan hanya dengan menggunakan banyak kabel paralel saat menggulungnya, katakanlah misalnya Anda dapat menggunakan sekitar 5 nos kabel 26SWG secara paralel untuk memberdayakan induktor untuk menangani arus 5amp. dan seterusnya.

Diagram selanjutnya menunjukkan proses pengoptimalan dan penghitungan induktor di SMP, untuk aplikasi buck converter.

Diagram Sirkuit Buck Converter

Proses yang sama berlaku untuk pengaturan ini juga, seperti yang dilakukan dengan desain konverter boost yang dijelaskan di atas.

Seperti yang dapat dilihat, tahap keluaran sekarang diubah dengan pengaturan konverter buck, transistor sekarang diganti dengan jenis PNP dan posisi induktor, dioda diubah dengan tepat.

Jadi, dengan menggunakan dua metode di atas siapa pun dapat menentukan atau menghitung induktor di sirkuit smps buck boost tanpa menggunakan rumus yang kompleks dan tidak layak.