Calcul de l'inducteur de sortie pour les convertisseurs SMPS en utilisant les topologies avant, demi-pont et pont complet
Une inductance de sortie se trouve à la sortie de chaque convertisseur en mode forward. Les convertisseurs utilisant les topologies avant, push-pull, demi-pont et pont complet sont tous des convertisseurs en mode forward. Ainsi, le calcul de l'inductance de sortie suit la même méthodologie pour les quatre topologies populaires. Le but de l'inducteur de sortie est de stocker de l'énergie pour la charge pendant le temps de chaque cycle de commutation lorsque les interrupteurs d'alimentation (BJT, MOSFET ou IGBT) sont éteints. La fonction électrique de l'inductance de sortie consiste à intégrer les impulsions de commutation rectangulaires (signaux modulés en largeur d'impulsion avec cycle de fonctionnement variable) en courant continu. Le condensateur suivant l'inducteur lisse le courant continu dans une CC propre.
La conception de l'inducteur de sortie est assez simple. Habituellement, on utilise un noyau toroïdal auto-gapped. Les noyaux de ferrite Gapped (ceux utilisés pour les transformateurs de ferrite, par exemple ETD39) peuvent également être utilisés sans difficulté.
La formule pour calculer l'inductance de sortie est:
Donc, ce que vous devez faire, c'est que vous devez sélectionner un courant minimum admissible. Utilisez une charge de résistance à la sortie de l'alimentation afin que, lorsque vous ne disposez pas d'autres charges, cette charge de résistance fournit la charge minimale. Iout (min) devrait être assez large pour que Lmin ne soit pas trop large; Il ne devrait pas non plus être trop grand que vous avez des pertes de puissance trop élevées, et donc une efficacité trop faible, en raison de la dissipation de puissance dans la résistance de sortie. Parfois, cette résistance est appelée une charge fictive - son seul but est de fournir la charge minimale lorsqu'il n'y a pas d'autre charge à la sortie du convertisseur / alimentation.
Maintenant que nous connaissons l'inductance minimale requise, nous devons connaître le nombre de virages au vent sur notre base.
À partir de la fiche technique du noyau, vous pouvez trouver la valeur AL.
Ceci indique l'inductance par tour au carré:
L est l'inductance et N est le nombre de virages. Faire le sujet N:
Donc, c'est la formule utilisée pour calculer le nombre de virages une fois que nous connaissons l'inductance requise.
Dans certains cas, vous ne connaissez peut-être pas la valeur AL. Vous ne connaissez peut-être pas le numéro de partie du noyau que vous avez et ne pouvez donc pas chercher la fiche technique. Quelle que soit la raison, vous pouvez déterminer expérimentalement la valeur AL.
Virez quelques tours et mesurez l'inductance. Ensuite, mesurez l'inductance pour un nombre de virages différent. Répétez pour différents nombres de virages. Donc, mesurez l'inductance pour, par exemple, 5, 10, 20, 40 tours et ensuite, pour chaque, calculer la valeur AL. Prenez la valeur AL significative. Une autre chose que vous pouvez faire est que vous pouvez dessiner un graphique de L contre N2. Le gradient de la meilleure ligne d'ajustement serait la valeur AL. Vous pouvez également calculer mathématiquement le gradient de la «ligne de régression». Utilisez la méthode que vous trouvez la plus simple.
Voyons maintenant un exemple pour clarifier ce que vous avez lu jusqu'à présent.
Disons que notre convertisseur est un convertisseur demi-pont.
La tension d'entrée du convertisseur varie de 150VAC (212VDC) à 250VAC (354VDC). La tension de sortie du convertisseur est de 14 V cc. La fréquence de commutation est de 50 kHz.
Transformateur primaire: 26 tours
Transformateur secondaire: 4 + 4 tours
La formule pour calculer l'inductance minimum requise est:
Nous devons calculer la tension de sortie au transformateur secondaire à une entrée 354VDC, ce qui correspond à notre tension d'entrée maximale.
Nous supposerons que la chute de tension due à la diode redresseur est de 1V. Ainsi, la tension de sortie moyenne au transformateur secondaire est de 15 V. Transformateur turn ratio (primaire: secondaire) = 26: 4 = 6,5
Donc, lorsque la tension secondaire moyenne est égale à 15V, la tension moyenne à travers le primaire du transformateur est de 6.5 * 15V = 97.5V. Si le cycle de service était de 100%, la tension sur le primaire du transformateur serait de 177 V (la moitié de la tension du bus CC - pense la topologie à mi-pont). Ainsi, le cycle de service est (97.5 / 177) * 100% = 55%.La tension de sortie moyenne au secondaire du transformateur est de 15 V avec un coefficient d'utilisation de 55%. Ainsi, la tension de sortie maximale est de 15V / 0.55 = 27.3V, après quoi nous avons supposé une goutte de diode de 1V. Ainsi, Vin (max) est 26.3V.
À la tension d'entrée maximale, le cycle de service sera le plus bas. C'est alors que le temps d'arrêt sera le plus élevé.
Nous avons calculé une valeur de cycle de service de 55% - c'est la valeur du cycle de service le plus bas. Comme la fréquence de commutation est de 50 kHz, la période de temps est de 20 μs. Le temps d'arrêt est de 0,45 * 20μs = 9μs. C'est notre Toff (est).
Disons que la charge minimale entraînera un courant de 500mA. Avec une sortie de 14 V et un courant de 500 mA, la puissance dissipée dans la résistance de sortie sera:
P = VI = 14 * 0.5 W = 7W
C'est beaucoup de pouvoir! Si cela est acceptable, continuez et utilisez une charge minimale de 500mA. Si vous choisissez de porter la charge minimale à 250mA, vous réduisez la dissipation de puissance (ci-dessus) à 3.5W.
Nous avons maintenant tous les paramètres requis. Branchez-les dans la formule.
C'est l'inductance minimum requise. Vous devriez utiliser une inductance supérieure à la valeur minimale calculée, car, bien, vous avez calculé l'inductance minimale requise.
Disons que nous allons utiliser une inductance de 450 μH. Disons que nous avons sélectionné un noyau toroïde avec une valeur AL de 64nH par tour au carré.
Tout d'abord, l'inductance requise est 316μH qui est égal à 316000nH.
Ainsi, le nombre de virages requis est:
Vous pouvez utiliser 70 ou 71 tours. Ceci est pour 316μH.
Pour 450 μH:
Faites le tour jusqu'à 84 tours.
Nous l'avons là. Vous pouvez utiliser cette méthode simple pour calculer l'inductance de sortie requise pour un convertisseur qui utilise la topologie avant, push-pull, demi-pont ou pont complet. C'est simple et j'espère pouvoir vous comprendre clairement.
http://tahmidmc.blogspot.in/2013/03/output-inductance-calculation-for-smps.html
Une inductance de sortie se trouve à la sortie de chaque convertisseur en mode forward. Les convertisseurs utilisant les topologies avant, push-pull, demi-pont et pont complet sont tous des convertisseurs en mode forward. Ainsi, le calcul de l'inductance de sortie suit la même méthodologie pour les quatre topologies populaires. Le but de l'inducteur de sortie est de stocker de l'énergie pour la charge pendant le temps de chaque cycle de commutation lorsque les interrupteurs d'alimentation (BJT, MOSFET ou IGBT) sont éteints. La fonction électrique de l'inductance de sortie consiste à intégrer les impulsions de commutation rectangulaires (signaux modulés en largeur d'impulsion avec cycle de fonctionnement variable) en courant continu. Le condensateur suivant l'inducteur lisse le courant continu dans une CC propre.
La conception de l'inducteur de sortie est assez simple. Habituellement, on utilise un noyau toroïdal auto-gapped. Les noyaux de ferrite Gapped (ceux utilisés pour les transformateurs de ferrite, par exemple ETD39) peuvent également être utilisés sans difficulté.
La formule pour calculer l'inductance de sortie est:
- Vin (max) est la tension de crête la plus élevée suite au redresseur de sortie de cette sortie particulière.
- Vout est la tension de sortie.
- Toff (est) est l'heure estimée des interrupteurs d'alimentation à la tension d'entrée la plus élevé
- Iout (min) est le courant de charge attendu le plus léger pour cette sortie.
Donc, ce que vous devez faire, c'est que vous devez sélectionner un courant minimum admissible. Utilisez une charge de résistance à la sortie de l'alimentation afin que, lorsque vous ne disposez pas d'autres charges, cette charge de résistance fournit la charge minimale. Iout (min) devrait être assez large pour que Lmin ne soit pas trop large; Il ne devrait pas non plus être trop grand que vous avez des pertes de puissance trop élevées, et donc une efficacité trop faible, en raison de la dissipation de puissance dans la résistance de sortie. Parfois, cette résistance est appelée une charge fictive - son seul but est de fournir la charge minimale lorsqu'il n'y a pas d'autre charge à la sortie du convertisseur / alimentation.
Maintenant que nous connaissons l'inductance minimale requise, nous devons connaître le nombre de virages au vent sur notre base.
À partir de la fiche technique du noyau, vous pouvez trouver la valeur AL.
Ceci indique l'inductance par tour au carré:
L est l'inductance et N est le nombre de virages. Faire le sujet N:
Donc, c'est la formule utilisée pour calculer le nombre de virages une fois que nous connaissons l'inductance requise.
Dans certains cas, vous ne connaissez peut-être pas la valeur AL. Vous ne connaissez peut-être pas le numéro de partie du noyau que vous avez et ne pouvez donc pas chercher la fiche technique. Quelle que soit la raison, vous pouvez déterminer expérimentalement la valeur AL.
Virez quelques tours et mesurez l'inductance. Ensuite, mesurez l'inductance pour un nombre de virages différent. Répétez pour différents nombres de virages. Donc, mesurez l'inductance pour, par exemple, 5, 10, 20, 40 tours et ensuite, pour chaque, calculer la valeur AL. Prenez la valeur AL significative. Une autre chose que vous pouvez faire est que vous pouvez dessiner un graphique de L contre N2. Le gradient de la meilleure ligne d'ajustement serait la valeur AL. Vous pouvez également calculer mathématiquement le gradient de la «ligne de régression». Utilisez la méthode que vous trouvez la plus simple.
Voyons maintenant un exemple pour clarifier ce que vous avez lu jusqu'à présent.
Disons que notre convertisseur est un convertisseur demi-pont.
La tension d'entrée du convertisseur varie de 150VAC (212VDC) à 250VAC (354VDC). La tension de sortie du convertisseur est de 14 V cc. La fréquence de commutation est de 50 kHz.
Transformateur primaire: 26 tours
Transformateur secondaire: 4 + 4 tours
La formule pour calculer l'inductance minimum requise est:
Nous devons calculer la tension de sortie au transformateur secondaire à une entrée 354VDC, ce qui correspond à notre tension d'entrée maximale.
Nous supposerons que la chute de tension due à la diode redresseur est de 1V. Ainsi, la tension de sortie moyenne au transformateur secondaire est de 15 V. Transformateur turn ratio (primaire: secondaire) = 26: 4 = 6,5
Donc, lorsque la tension secondaire moyenne est égale à 15V, la tension moyenne à travers le primaire du transformateur est de 6.5 * 15V = 97.5V. Si le cycle de service était de 100%, la tension sur le primaire du transformateur serait de 177 V (la moitié de la tension du bus CC - pense la topologie à mi-pont). Ainsi, le cycle de service est (97.5 / 177) * 100% = 55%.La tension de sortie moyenne au secondaire du transformateur est de 15 V avec un coefficient d'utilisation de 55%. Ainsi, la tension de sortie maximale est de 15V / 0.55 = 27.3V, après quoi nous avons supposé une goutte de diode de 1V. Ainsi, Vin (max) est 26.3V.
À la tension d'entrée maximale, le cycle de service sera le plus bas. C'est alors que le temps d'arrêt sera le plus élevé.
Nous avons calculé une valeur de cycle de service de 55% - c'est la valeur du cycle de service le plus bas. Comme la fréquence de commutation est de 50 kHz, la période de temps est de 20 μs. Le temps d'arrêt est de 0,45 * 20μs = 9μs. C'est notre Toff (est).
Disons que la charge minimale entraînera un courant de 500mA. Avec une sortie de 14 V et un courant de 500 mA, la puissance dissipée dans la résistance de sortie sera:
P = VI = 14 * 0.5 W = 7W
C'est beaucoup de pouvoir! Si cela est acceptable, continuez et utilisez une charge minimale de 500mA. Si vous choisissez de porter la charge minimale à 250mA, vous réduisez la dissipation de puissance (ci-dessus) à 3.5W.
Nous avons maintenant tous les paramètres requis. Branchez-les dans la formule.
C'est l'inductance minimum requise. Vous devriez utiliser une inductance supérieure à la valeur minimale calculée, car, bien, vous avez calculé l'inductance minimale requise.
Disons que nous allons utiliser une inductance de 450 μH. Disons que nous avons sélectionné un noyau toroïde avec une valeur AL de 64nH par tour au carré.
Tout d'abord, l'inductance requise est 316μH qui est égal à 316000nH.
Ainsi, le nombre de virages requis est:
Vous pouvez utiliser 70 ou 71 tours. Ceci est pour 316μH.
Pour 450 μH:
Faites le tour jusqu'à 84 tours.
Nous l'avons là. Vous pouvez utiliser cette méthode simple pour calculer l'inductance de sortie requise pour un convertisseur qui utilise la topologie avant, push-pull, demi-pont ou pont complet. C'est simple et j'espère pouvoir vous comprendre clairement.
http://tahmidmc.blogspot.in/2013/03/output-inductance-calculation-for-smps.html
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire