벅 컨버터 - 부품 크기 조정

이 기사에서는 갈바닉 절연 강압 DC 컨버터, 벅 컨버터 토폴로지의 전력 섹션을 설계하는 데 필요한 부품을 계산하고 선택하는 절차를 설명합니다. 이 토폴로지의 변환기는 입력에서 50볼트 이내의 강압 DC 전압과 100와트를 초과하지 않는 부하 전력에 적합합니다.

컨트롤러 및 드라이버 회로의 선택과 전계 효과 트랜지스터의 유형과 관련된 모든 것은 이 기사의 범위를 벗어나지만 각 작동 모드의 회로 및 특성을 자세히 분석할 것입니다. 이 유형의 변환기의 전원 섹션의 주요 구성 요소.

개발 시작 펄스 변환기, 입력 및 출력 전압 값, 최대 정부하 전류, 전력 트랜지스터의 스위칭 주파수(컨버터의 작동 주파수) 및 초크를 통한 전류 파동과 같은 초기 데이터를 고려하십시오. 이 데이터, 계산 초크 인덕턴스, 필요한 매개 변수, 출력 커패시터의 용량 및 역방향 다이오드의 특성을 제공합니다.

• 입력 전압 — Uin, V

• 출력 전압 — Uout, V

• 최대 부하 전류 - Iout, A

• 초크를 통과하는 리플 전류 범위 — Idr, A

• 트랜지스터의 스위칭 주파수 — f, kHz

변환기는 다음과 같이 작동합니다. 트랜지스터가 닫힌 기간의 첫 번째 부분 동안 출력 필터 커패시터가 충전되는 동안 전류는 인덕터를 통해 1차 전원에서 부하로 공급됩니다. 트랜지스터가 열리면 부하 전류는 커패시터 전하와 인덕터 전류에 의해 유지되며 즉시 중단할 수 없으며 역방향 다이오드에 의해 닫히며 이제 기간의 두 번째 부분 동안 열립니다.

예를 들어, 24볼트의 정전압으로 구동되는 벅 컨버터의 토폴로지를 개발해야 하고 출력에서 ​​정격 부하 전류가 1암페어인 12볼트를 얻어야 하고 전압 리플이 출력은 50mV를 초과하지 않습니다. 컨버터의 작동 주파수를 450kHz로 하고 인덕터를 통과하는 전류 리플이 최대 부하 전류의 30%를 초과하지 않도록 합니다.

초기 데이터:

• 유인 = 24V

• 유아웃 = 12V

• I 아웃 = 1A

• 나는 dr = 0.3 * 1A = 0.3A

• f = 450kHz

우리는 펄스 변환기에 대해 이야기하고 있기 때문에 작동 중에 전압이 초크에 지속적으로 적용되지 않고 펄스에 의해 정확하게 적용되며 양의 부분의 지속 시간은 dT의 작동 주파수를 기반으로 계산할 수 있습니다. 다음 공식에 따라 변환기 및 입력 및 출력 전압의 비율:

dT = Uout / (Uin * f),

여기서 Uout / Uin = DC는 트랜지스터 제어 펄스의 듀티 사이클입니다.

스위칭 펄스의 양의 부분 동안 소스는 컨버터 회로에 전력을 공급하고 펄스의 음의 부분 동안 인덕터에 저장된 에너지가 출력 회로로 전달됩니다.

우리의 예에서는 다음과 같습니다. dT = 1.11 μs - 펄스의 양의 부분 동안 커패시터와 부하가 연결된 인덕터에 입력 전압이 작용하는 시간입니다.

에 따르면 전자기 유도의 법칙으로, 인덕터 L(초크)을 통한 전류 Idr의 변화는 코일 단자에 적용되는 전압 Udr과 적용 시간 dT(펄스의 양의 부분 지속 시간)에 비례합니다.

Udr = L * Idr / dT

초크 전압 Udr - 이 경우 트랜지스터가 전도 상태에 있는 기간의 해당 부분 동안 입력 전압과 출력 전압 간의 차이에 지나지 않습니다.

Udr = Uin-Uout

그리고 우리의 예에서는 다음과 같이 밝혀졌습니다. Udr = 24 — 12 = 12 V — 작동 펄스의 양의 부분 동안 초크에 적용되는 전압의 진폭.

조절판

이제 초크 Udr에 적용되는 전압의 크기를 알고 초크의 작동 펄스 dT 시간과 초크 Idr의 최대 허용 전류 리플 값을 설정하면 필요한 초크 인덕턴스 L을 계산할 수 있습니다. :

L = Udr * dT / Idr

우리의 예에서는 다음과 같이 밝혀졌습니다. L = 44.4 μH - 작동 초크의 최소 인덕턴스. 제어 펄스 dT의 양의 부분의 주어진 지속 시간 동안 웨이브의 스윙은 Idr을 초과하지 않습니다.

콘덴서

초크의 인덕턴스 값이 결정되면 필터의 출력 커패시터 커패시턴스 선택으로 진행하십시오. 커패시터를 통과하는 리플 전류는 인덕터를 통과하는 리플 전류와 같습니다. 따라서 유도 도체의 저항과 커패시터의 인덕턴스를 무시하고 다음 공식을 사용하여 커패시터에 필요한 최소 커패시턴스를 찾습니다.

C = dT * Idr / dU,

여기서 dU는 커패시터 양단의 전압 리플입니다.

dU = 0.050V와 같은 커패시터의 전압 파동 값을 취하면 예를 들어 필터 출력 커패시터의 최소 커패시턴스 인 C = 6.66μF를 얻습니다.

다이오드

마지막으로 작동 다이오드의 매개 변수를 결정하는 것이 남아 있습니다. 전류는 입력 전압이 인덕터에서 분리될 때, 즉 작동 펄스의 두 번째 부분에서 다이오드를 통해 흐릅니다.

Id = (1 -DC) * Iout — 다이오드가 열려 전도될 때 다이오드를 통과하는 평균 전류.

우리의 예에서 Id = (1 -Uout / Uin) * Iout = 0.5A - 입력보다 최대 역 전압, 즉 약 30V 인 1A 전류에 대해 Schottky 다이오드를 선택할 수 있습니다.