Буцк Цонвертер — димензионисање компоненти

Овај чланак ће дати процедуру за израчунавање и избор компоненти потребних за пројектовање енергетског одсека галвански изолованог падајућег ДЦ претварача, топологије буцк претварача. Претварачи ове топологије су погодни за опадајуће једносмерне напоне унутар 50 волти на улазу и при снази оптерећења која не прелази 100 вати.

Све што се тиче избора кола контролера и драјвера, као и типа транзистора са ефектом поља, биће остављено ван оквира овог чланка, али ћемо детаљно анализирати коло и карактеристике режима рада сваког од њих. главних компоненти енергетског дела претварача овог типа.

Започните развој импулсни претварач, узети у обзир следеће почетне податке: вредности улазног и излазног напона, максималну константну струју оптерећења, фреквенцију укључивања енергетског транзистора (радну фреквенцију претварача), као и струјни талас кроз пригушницу Такође, на основу ове податке израчунајте индуктивност пригушнице, који ће обезбедити потребне параметре, капацитет излазног кондензатора, као и карактеристике реверзне диоде.

• Улазни напон — Уин, В

• Излазни напон — Уоут, В

• Максимална струја оптерећења — Иоут, А

• Опсег таласне струје кроз пригушницу — Идр, А

• Фреквенција пребацивања транзистора — ф, кХз

Конвертор ради на следећи начин. Током првог дела периода када је транзистор затворен, струја се доводи од примарног извора напајања кроз индуктор до оптерећења док се кондензатор излазног филтера пуни. Када је транзистор отворен, струја оптерећења се одржава пуњењем кондензатора и струјом индуктора, која се не може одмах прекинути, а затвара се инверзном диодом, која је сада отворена током другог дела периода.

На пример, рецимо да треба да развијемо топологију буцк претварача који се напаја константним напоном од 24 волти, а на излазу треба да добијемо 12 волти са називном струјом оптерећења од 1 ампер и тако да напон таласа на излаз не прелази 50 мВ. Нека радна фреквенција претварача буде 450 кХз, а таласање струје кроз индуктор не прелази 30% максималне струје оптерећења.

Почетни подаци:

• Уин = 24 В

• Уоут = 12В

• И оут = 1 А.

• И др = 0,3 * 1 А = 0,3 А

• ф = 450 кХз

Пошто је реч о импулсном претварачу, током његовог рада напон се неће стално примењивати на пригушницу, већ ће се примењивати управо импулсима, чије трајање позитивних делова дТ се може израчунати на основу радне фреквенције пригушнице. претварач и однос улазног и излазног напона према следећој формули:

дТ = Уоут / (Уин * ф),

где је Уоут / Уин = ДЦ радни циклус контролног импулса транзистора.

Током позитивног дела импулса пребацивања, извор напаја коло претварача, током негативног дела импулса, енергија ускладиштена индуктором се преноси на излазно коло.

За наш пример, испоставља се: дТ = 1,11 μс — време када улазни напон делује на индуктор са кондензатором и оптерећењем прикљученим на њега током позитивног дела импулса.

Према са законом електромагнетне индукције, промена струје Идр кроз индуктор Л (који је пригушница) биће пропорционална напону Удр примењеном на терминале завојнице и времену његове примене дТ (трајање позитивног дела импулса):

Удр = Л * Идр / дТ

Напон пригушнице Удр — у овом случају ништа више од разлике између улазног и излазног напона током тог дела периода када је транзистор у проводном стању:

Удр = Уин-Уоут

А за наш пример испада: Удр = 24 — 12 = 12 В — амплитуда напона примењеног на пригушницу током позитивног дела радног импулса.

Гуша

Сада, знајући величину напона примењеног на пригушницу Удр, подешавање времена радног импулса дТ на пригушници, као и вредност максималног дозвољеног таласања струје пригушнице Идр, можемо израчунати потребну индуктивност пригушнице Л :

Л = Удр * дТ / Идр

За наш пример, испоставља се: Л = 44,4 μХ — минимална индуктивност радне пригушнице, са којом, за дато трајање позитивног дела контролног импулса дТ, замах таласа неће прећи Идр.

Кондензатор

Када се одреди вредност индуктивности пригушнице, пређите на избор капацитивности излазног кондензатора филтера. Струја таласања кроз кондензатор једнака је струји таласа кроз индуктор. Због тога, занемарујући отпор индуктивног проводника и индуктивност кондензатора, користимо следећу формулу да пронађемо минималну потребну капацитивност кондензатора:

Ц = дТ * Идр / дУ,

где је дУ таласање напона на кондензатору.

Узимајући вредност таласа напона у кондензатору једнаку дУ = 0,050 В, за наш пример добијамо Ц = 6,66 μФ — минимални капацитет излазног кондензатора филтера.

Диоде

Коначно, остаје да се одреде параметри радне диоде. Струја тече кроз диоду када је улазни напон искључен са индуктора, односно у другом делу радног импулса:

Ид = (1 -ДЦ) * Иоут — просечна струја кроз диоду када је отворена и проводна.

За наш пример Ид = (1 -Уоут / Уин) * Иоут = 0,5 А — можете одабрати Шоткијеву диоду за струју од 1 А са максималним обрнутим напоном већим од улазног, односно око 30 волти.