Buck Converter — saiz komponen

Artikel ini akan memberikan prosedur untuk mengira dan memilih komponen yang diperlukan untuk mereka bentuk bahagian kuasa penukar DC step-down yang diasingkan secara galvanis, topologi penukar buck. Penukar topologi ini sesuai untuk voltan DC step-down dalam 50 volt pada input dan pada kuasa beban tidak melebihi 100 watt.

Segala-galanya yang berkaitan dengan pemilihan litar pengawal dan pemacu, serta jenis transistor kesan medan, akan ditinggalkan di luar skop artikel ini, tetapi kami akan menganalisis secara terperinci litar dan ciri-ciri mod operasi setiap daripada komponen utama bahagian kuasa penukar jenis ini.

Mulakan pembangunan penukar nadi, mengambil kira data awal berikut: nilai voltan input dan output, arus beban malar maksimum, frekuensi pensuisan transistor kuasa (frekuensi operasi penukar), serta gelombang semasa melalui tercekik Juga, berdasarkan data ini, hitung kearuhan tercekik, yang akan menyediakan parameter yang diperlukan, kapasiti kapasitor keluaran, serta ciri-ciri diod terbalik.

• Voltan masukan — Uin, V

• Voltan keluaran — Uout, V

• Arus beban maksimum — Iout, A

• Julat arus riak melalui pencekik — Idr, A

• Kekerapan menukar transistor — f, kHz

Penukar berfungsi seperti berikut. Semasa bahagian pertama tempoh apabila transistor ditutup, arus dibekalkan dari sumber kuasa utama melalui induktor ke beban semasa kapasitor penapis output sedang dicas. Apabila transistor dibuka, arus beban dikekalkan oleh cas kapasitor dan arus induktor, yang tidak boleh diganggu serta-merta, dan ditutup oleh diod terbalik, yang kini dibuka semasa bahagian kedua tempoh tersebut.

Sebagai contoh, katakan kita perlu membangunkan topologi penukar buck yang dikuasakan oleh voltan malar 24 volt, dan pada output kita perlu mendapatkan 12 volt dengan arus beban berkadar 1 amp dan supaya riak voltan pada output tidak melebihi 50 mV. Biarkan kekerapan operasi penukar ialah 450 kHz, dan riak arus melalui induktor tidak melebihi 30% daripada arus beban maksimum.

Data awal:

• Uin = 24 V

• Uout = 12V

• Saya keluar = 1 A.

• I dr = 0.3 * 1 A = 0.3 A

• f = 450 kHz

Oleh kerana kita bercakap tentang penukar denyut, semasa operasinya, voltan tidak akan digunakan secara berterusan pada pencekik, ia akan digunakan dengan tepat oleh denyutan, tempoh bahagian positif yang dT boleh dikira berdasarkan kekerapan operasi penukar dan nisbah voltan masukan dan keluaran mengikut formula berikut:

dT = Uout / (Uin * f),

di mana Uout / Uin = DC ialah kitaran tugas bagi nadi kawalan transistor.

Semasa bahagian positif nadi pensuisan, sumber kuasa litar penukar, semasa bahagian negatif nadi, tenaga yang disimpan oleh induktor dipindahkan ke litar keluaran.

Untuk contoh kami, ternyata: dT = 1.11 μs - masa voltan input bertindak pada induktor dengan kapasitor dan beban yang disambungkan kepadanya semasa bahagian positif nadi.

mengikut dengan hukum aruhan elektromagnet, perubahan dalam Idr semasa melalui induktor L (iaitu pencekik) akan berkadar dengan voltan Udr yang digunakan pada terminal gegelung dan masa penggunaannya dT (tempoh bahagian positif nadi):

Udr = L * Idr / dT

Voltan tercekik Udr — dalam kes ini tidak lebih daripada perbezaan antara voltan input dan output semasa bahagian tempoh apabila transistor berada dalam keadaan konduktor:

Udr = Uin-Uout

Dan untuk contoh kami ternyata: Udr = 24 — 12 = 12 V — amplitud voltan yang digunakan pada pencekik semasa bahagian positif nadi operasi.

Pendikit

Sekarang, mengetahui magnitud voltan yang digunakan pada choke Udr, menetapkan masa nadi operasi dT pada choke, serta nilai riak arus maksimum yang dibenarkan bagi choke Idr, kita boleh mengira choke inductance L yang diperlukan. :

L = Udr * dT / Idr

Untuk contoh kami, ternyata: L = 44.4 μH - induktansi minimum pencekik kerja, yang mana, untuk tempoh tertentu bahagian positif nadi kawalan dT, ayunan gelombang tidak akan melebihi Idr.

Pemeluwap

Apabila nilai kearuhan pencekik ditentukan, teruskan ke pemilihan kapasitansi kapasitor keluaran penapis. Arus riak melalui kapasitor adalah sama dengan arus riak melalui induktor. Oleh itu, dengan mengabaikan rintangan konduktor induktif dan kearuhan kapasitor, kami menggunakan formula berikut untuk mencari kapasitans minimum yang diperlukan bagi kapasitor:

C = dT * Idr / dU,

dengan dU ialah riak voltan merentasi kapasitor.

Mengambil nilai gelombang voltan dalam kapasitor bersamaan dengan dU = 0.050 V, sebagai contoh kita mendapat C = 6.66 μF - kapasitansi minimum kapasitor keluaran penapis.

Diod

Akhirnya, tetap untuk menentukan parameter diod kerja. Arus mengalir melalui diod apabila voltan input diputuskan dari induktor, iaitu, di bahagian kedua nadi operasi:

Id = (1 -DC) * Iout — arus purata melalui diod apabila ia terbuka dan mengalir.

Untuk contoh kami Id = (1 -Uout / Uin) * Iout = 0.5 A — anda boleh memilih diod Schottky untuk arus 1 A ​​dengan voltan terbalik maksimum lebih besar daripada input, iaitu kira-kira 30 volt.