محول باك - تحجيم المكون

ستقدم هذه المقالة الإجراء لحساب واختيار المكونات اللازمة لتصميم قسم الطاقة لمحول التيار المستمر المعزول جلفانيًا ، وطوبولوجيا محول باك. محولات هذا الهيكل مناسبة لجهد التيار المستمر المتدرج في حدود 50 فولت عند الإدخال وعند قوى تحميل لا تتجاوز 100 واط.

كل ما يتعلق باختيار وحدة التحكم ودائرة السائق ، وكذلك نوع الترانزستور ذي التأثير الميداني ، سيتم تركه خارج نطاق هذه المقالة ، لكننا سنحلل بالتفصيل الدائرة وخصائص أوضاع التشغيل لكل منها من المكونات الرئيسية لقسم الطاقة للمحولات من هذا النوع.

ابدأ التطوير محول النبض، ضع في الاعتبار البيانات الأولية التالية: قيم جهد الإدخال والإخراج ، الحد الأقصى لتيار الحمل الثابت ، تردد التبديل لترانزستور الطاقة (تردد تشغيل المحول) ، وكذلك الموجة الحالية من خلال الاختناق أيضًا ، بناءً على هذه البيانات ، احسب محاثة الاختناق، والتي ستوفر المعلمات اللازمة ، وقدرة مكثف الإخراج ، وكذلك خصائص الصمام الثنائي العكسي.

• جهد الإدخال - Uin ، V

• جهد الخرج - Uout ، V

• الحد الأقصى لتيار الحمل - Iout ، A

• مجموعة من تموج التيار عبر الخانق - Idr ، A.

• تردد تبديل الترانزستورات - f ، kHz

المحول يعمل على النحو التالي. خلال الجزء الأول من الفترة التي يكون فيها الترانزستور مغلقًا ، يتم توفير التيار من مصدر الطاقة الأساسي عبر المحرِّض إلى الحمل أثناء شحن مكثف مرشح الخرج. عندما يكون الترانزستور مفتوحًا ، يتم الحفاظ على تيار الحمل بواسطة شحنة المكثف وتيار المحرِّض ، والذي لا يمكن قطعه على الفور ، ويتم إغلاقه بواسطة الصمام الثنائي العكسي ، والذي أصبح مفتوحًا الآن خلال الجزء الثاني من الفترة.

على سبيل المثال ، لنفترض أننا بحاجة إلى تطوير طوبولوجيا لمحول باك مدعوم بجهد ثابت 24 فولت ، وعند الخرج نحتاج إلى الحصول على 12 فولت مع تيار حمل مقنن قدره 1 أمبير بحيث يتموج الجهد عند لا يتجاوز الإخراج 50 مللي فولت. دع تردد تشغيل المحول يكون 450 كيلو هرتز ، ولا يتجاوز التموج الحالي من خلال المحرِّض 30٪ من الحد الأقصى لتيار الحمل.

البيانات الأولية:

• Uin = 24 فولت

• Uout = 12V

• أنا خارج = 1 أ.

• أنا د = 0.3 * 1 أ = 0.3 أ

• f = 450 كيلو هرتز

نظرًا لأننا نتحدث عن محول النبض ، فلن يتم تطبيق الجهد باستمرار على الخانق أثناء تشغيله ، وسيتم تطبيقه بدقة عن طريق النبضات ، ومدة الأجزاء الإيجابية التي يمكن حساب dT منها بناءً على تردد التشغيل المحول ونسبة جهد الدخل والخرج حسب الصيغة التالية:

dT = Uout / (Uin * f) ،

حيث Uout / Uin = DC هي دورة عمل نبضة التحكم في الترانزستور.

خلال الجزء الموجب من نبضة التبديل ، يقوم المصدر بتشغيل دائرة المحول ، وخلال الجزء السالب من النبضة ، يتم نقل الطاقة المخزنة بواسطة المحرِّض إلى دائرة الإخراج.

على سبيل المثال ، اتضح أن: dT = 1.11 μs - الوقت الذي يعمل فيه جهد الدخل على المحرِّض مع المكثف والحمل المتصل به أثناء الجزء الموجب من النبضة.

وفق مع قانون الحث الكهرومغناطيسي، سيكون التغيير في Idr الحالي من خلال المحث L (وهو الخانق) متناسبًا مع الجهد Udr المطبق على أطراف الملف ووقت تطبيقه dT (مدة الجزء الموجب من النبضة):

Udr = L * Idr / dT

جهد الخنق Udr - في هذه الحالة ليس أكثر من الفرق بين جهد الإدخال والإخراج خلال ذلك الجزء من الفترة التي يكون فيها الترانزستور في حالة التوصيل:

Udr = Uin-Uout

وعلى سبيل المثال ، اتضح أن: Udr = 24-12 = 12 V - سعة الجهد المطبق على الخانق أثناء الجزء الموجب من نبضة التشغيل.

خنق

الآن ، بمعرفة حجم الجهد المطبق على الخانق Udr ، وتحديد وقت نبضة التشغيل dT على الخانق ، بالإضافة إلى قيمة التموج الحالي الأقصى المسموح به للخنق Idr ، يمكننا حساب محاثة الخانق المطلوبة L :

L = Udr * dT / Idr

على سبيل المثال ، اتضح أن: L = 44.4 μH - الحد الأدنى من الحث لخنق العمل ، والذي ، لمدة معينة من الجزء الإيجابي من نبضة التحكم dT ، لن يتجاوز تأرجح الموجة Idr.

مكثف

عندما يتم تحديد قيمة محاثة الخانق ، انتقل إلى اختيار سعة مكثف خرج المرشح. تيار التموج عبر المكثف يساوي تيار التموج عبر المحرِّض. لذلك ، بإهمال مقاومة الموصل الحثي ومحاثة المكثف ، نستخدم الصيغة التالية لإيجاد الحد الأدنى من السعة المطلوبة للمكثف:

C = dT * Idr / dU ،

حيث dU هو تموج الجهد عبر المكثف.

بأخذ قيمة موجة الجهد في المكثف تساوي dU = 0.050 فولت ، على سبيل المثال لدينا ، نحصل على C = 6.66 μF - السعة الدنيا لمكثف خرج المرشح.

الصمام الثنائي

أخيرًا ، يبقى تحديد معلمات الصمام الثنائي العامل. يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي عندما يتم فصل جهد الدخل عن المحرِّض ، أي في الجزء الثاني من نبضة التشغيل:

المعرف = (1 -DC) * Iout - متوسط ​​التيار عبر الصمام الثنائي عندما يكون مفتوحًا وموصلًا.

بالنسبة لمثالنا المعرف = (1 -Uout / Uin) * Iout = 0.5 A - يمكنك اختيار صمام ثنائي شوتكي لتيار قدره 1 أ مع أقصى جهد عكسي أكبر من الدخل ، أي حوالي 30 فولت.