EN
ТЕЗ СІЛТЕМДЕР
Портативті электронды құрылғылардың, автомобильдік қуат жүйелерінің және энергия сақтау BMS қолданбаларының тез дамуына байланысты кең кіріс пен кең шығыс кернеулерін қажет ететін сценарийлер барынша көп таралуда. Осы фонда Buck-Boost тізбегі өзіне тән екі бағытты кернеуді көтеру/төмендету қабілеті арқасында икемді кіріс-шығыс адаптациясы мен тұрақты қуат берілуі үшін негізгі топология болып табылады — оның маңызы өзінен-өзі анық. Buck-Boost тізбегінің компоненттерінің ішінде қуат индуктивтілігі өте маңызды элемент болып табылады. Ол тек энергияны сақтап ғана қоймайды, сонымен қатар токты салыстырмалы түрде тегістеу мен тербелістерді басу қызметін атқарады. Индуктивтіліктің параметрлерінің дұрыс етіп есептелуі мен оның жұмыс істеу сапасы түрлендіргіштің жалпы ПӘК-іне, тұрақтылығына және ұзақ мерзімді сенімділігіне тікелей әсер етеді.
1. Buck-Boost түрлендіргішінің жұмыс істеу принципіне шолу
Төрт ауыстырғыш бак-буст түрлендіргіш — бұл бак (төмендететін) және буст (көтеретін) түрлендіргіштердің қасиеттерін біріктіретін классикалық тұрақты ток-тұрақты ток топологиясы; ол бак төмендететін түрлендіргіш пен буст көтеретін түрлендіргіштің каскадты топологиясынан әрі қарай дамыған, екеуі де бірдей күштік индуктивтілікке ие.
Түрлендіргіштің екі көпір қолындағы төрт ауыстырғыш әртүрлі міндеттерді атқарады: Бір көпір қолындағы S1 және S2 ауыстырғыштары бак кезеңін құрайды, мұнда жоғарғы жақтағы ауыстырғыш S1 негізгі басқару ауыстырғышы ретінде D1 пайдалану коэффициентімен жұмыс істейді, ал S2 (1 - D1) қарама-қарсы пайдалану коэффициентімен жұмыс істейді. Бір көпір қолындағы S3 және S4 ауыстырғыштары буст кезеңін құрайды, мұнда төменгі жақтағы ауыстырғыш S3 негізгі басқару ауыстырғышы ретінде D3 пайдалану коэффициентімен жұмыс істейді, ал S4 (1 - D3) қарама-қарсы пайдалану коэффициентімен жұмыс істейді. Түрлендіргіштің жалпы кернеу күшейтуі M = D1 / (1 - D3) формуласымен өрнектеледі.
Дәстүрлі бір-тұйықтағыштық Бак-Буст түрлендіргіштерден ерекшелене отырып, төрт-тұйықтағыштық синхронды Бак-Буст түрлендіргіш S1 және S3 тұйықтағыштары диагональды түрде синхронды өткізетін, ал S2 және S4 тұйықтағыштары қосымша еркін жүру режимін қамтамасыз ететін басқару схемасы арқылы кері емес шығыс кернеуін (кіріс кернеуімен бірдей полярлықта) қамтамасыз етеді. Бұл топология Vin > Vout (төмендету режимі), Vin ≈ Vout (Бак-Буст ауысу режимі) және Vin < Vout (көтеру режимі) деп аталатын үш жұмыс режимі арасында үзіліссіз ауысуға мүмкіндік береді. Сондықтан ол кіріс пен шығыс кернеулерінің диапазондары қабаттасатын кең кернеу қолданыстарында кеңінен қолданылады.
Сурет 1 Төрт-тұйықтағыштық Бак-Буст Сурет 2 Бір-режимді Бак-Буст
Төрт ауыстырғыштық Бак-Буст түрлендіргіште бар болғаны бір индуктивтілік, бірақ осы индуктивтілік екі айқын кезеңде жұмыс істейді. Бак кезеңінің негізгі ауыстырғышы (S1) қосылған кезде, ток оң кіріс шығысы → S1 → индуктивтілік L → S4 → жүктеме → жерге (GND) құрылған тұйықта өтеді. Индуктивтіліктегі ток өседі және магниттік энергия ретінде индуктивтілікте энергия сақталады. Ауыстырғыш өшірілген кезде индуктивтіліктегі ток лездік өзгеріске ұшырамайды, сондықтан сақталған магниттік энергия босатылады. Буст кезеңінің негізгі ауыстырғышы (S3) өткізгіштік көрсеткен кезде еркін жүру тұйығы құрылады: индуктивтілік L → жүктеме → S2 → жерге (GND) → S3 → индуктивтілік L. Бұл тұйық жүктемедегі токты үздіксіз ұстайды. Бұл «зарядтау және разрядтау» механизмі барлық импульстық қоректендіру көздерінің негізгі жұмыс істеу принципін көрсетеді, онда индуктивтіліктің зарядтау және разрядтау тұйықтары жоғарғы және төменгі жақтағы ауыстырғыштардың ауысу күйлерімен синхронды түрде динамикалық ауысады.
Buck режімінде индуктивтік элемент S1-L-S2 тізбегі арқылы зарядталады, ал Boost режімінде ол S3-L-S4 тізбегі арқылы энергия жинайды. Buck-Boost түрлендіргіштері әдетте кең кіріс кернеу диапазонын қамтиды, сондықтан индуктивтік элементтегі ток тербелісі жиі өте көп өзгереді. Жоғары тербеліс тогы қуаттың шығынын көтереді, сондықтан индуктивтік элементтің DCR мәнін төмендету мен ауысу жиілігін көтеру тербелісі көп жағдайлардағы шығындарды тиімді шектей алады.
2. Қуат индуктивтік элементінің Buck-Boost түрлендіргішіне әсері
Бұрын айтылғандай, Buck-Boost түрлендіргішіндегі индуктивтік элемент тек қана Buck немесе Boost топологияларындағыдан гөрі әлдеқайда жоғары токтық кернеуге ұшырайды. Дұрыс индуктивтік элементті таңдау үшін оның әсерін төрт негізгі бағытта сандық түрде бағалау қажет: индуктивтілік (L), қанығу тогы (Isat), айнымалы/тұрақты ток кедергісі (ACR/DCR) және ауысу жиілігі (f); әрбір параметрдің жалпы түрлендіргіш өнімділігіне әсер ету механизмін нақты қарастыру керек.
01-Индуктивтілік
Индуктивтілік мәні түрлендіргіштің жұмыс режиміне, токтың қысқа мерзімді тербелісіне және динамикалық жауап беру жылдамдығына тікелей әсер етеді. Ірі индуктивтілік токтың қысқа мерзімді тербелісін төмендетеді, шығыс кернеуін салыстырмалы түрде тегістейді және пайдалы әсер коэффициенті мен тұрақтылықты арттырады; бірақ ол динамикалық жауап беруді баяулатады, сондықтан жүктеменің қатарынан өзгеруі кезінде шығыс кернеуін тез реттеу мүмкін емес. Керісінше, кіші индуктивтілік динамикалық жауап беруді жылдамдатады, бірақ токтың қысқа мерзімді тербелісін арттырады. Бұл қуат құрылғыларының шығындарын көтереді, пайдалы әсер коэффициентін төмендетеді және тіпті тізбектің тербелісін тудыруы мүмкін, ол жүйенің жұмысын бұзуы мүмкін. Тәжірибелік жобалау кезінде жұмыс режимдеріне, жүктеме сипаттамаларына және өнімділік талаптарына сәйкес индуктивтілік мәнін дәл таңдау арқылы тепе-теңдікке қол жеткізу қажет.
02-Қанығу тогы
Индуктивтік ток магниттік өзек материалдың сызықтық жұмыс аймағынан асып кеткенде, магнит ағыны тығыздығы қаныққа жетеді және индуктивтік сүрісумен тез төмендейді. Нәтижесінде индуктивтік энергияны тиімді жинау мен токты шектеу қабілетін жоғалтады. Buck-Boost түрлендіргіште толық қуаттық тізбек энергияны беру үшін бір ғана индуктивтікті пайдаланады, сондықтан индуктивтіктің қанығуы тікелей токтың бақылаусыз өсуін және ток тербелісінің көтерілуін тудырады. Бұл қуаттық ашқыштарға артық токтың әсерін тигізеді және соңында құрылғының тұрақты зақымдануына әкеледі.
3-Айнымалы ток/Тұрақты ток кедергісі (ACR/DCR)
Индуктивтілік элементінің кедергісі тұрақты ток кедергісінен (ТТК) және айнымалы ток кедергісінен (АТК) тұрады. ТТК — бұл орамның ішкі кедергісі тұрақты ток жағдайында. ТТК-тің төмен болуы индуктивтілік элементі арқылы ток өткен кезде қуат шығынын азайтады, сондықтан жалпы пайдалы әсер коэффициентін жоғарылатады. АТК — бұл индуктивтілік элементінің белгілі бір қосу жиілігіндегі эквивалентті айнымалы ток кедергісі, ол орамдағы теріс әсер, жақындық әсері мен өзек жоғалтуының қосындысын көрсетеді. Жиілік артқан сайын АТК-тің өсуі әлдеқайда айқынырақ болады.
Индуктивтілік элементін таңдаған кезде алдымен төмен ТТК-ке ие және жүйеге сәйкес келетін жоғары жиілікті сипаттамалары бар өнімдерге басымдық берілуі керек, сондықтан шығындар азаяды және түрлендіргіштің пайдалы әсер коэффициенті артады.
04-Жұмыс істеу жиілігі
Бак-Буст түрлендіргіште пассивті компоненттердің өлшемдерін азайту, қуаттың тығыздығын арттыру және динамикалық жауап жылдамдығын ұлғайту үшін ауысу жиілігін көтеру – тиімді тәсіл. Дегенмен, жиілікті көтеру бірқатар жоғары жиілікті паразиттік әсерлерді туғызады. Жұмыс істеу жиілігі көтерілген сайын индуктивті элементте теріс және жақындық әсерлері күшейеді, ол орамның айнымалы ток кедергісін қатты арттырады және жоғары жиілікті жоғалтуларды сирек өсуіне әкеледі. Бір уақытта магниттік материалдағы жоғары жиілікті өзек жоғалтулары (гистерезис жоғалтуы мен айналмалы ток жоғалтуы) өседі, сондықтан жылу басқару мен температураның көтерілуі мәселелері әлдеқайда маңызды болып табылады.
Келесі ұрпақ қуат басқару түрлендіргіштері енді тек қана тұрақты жиілікте жұмыс істеуге сүйенбейді; олардың орнына жүктеме өзгерістеріне қарай жұмыс жиілігін динамикалық түрде реттейді, сондықтан барлық жүктеме ауқымында жоғары тиімділікті сақтайды. Бұл магниттік материалдардың 200 кГц-тен 1 МГц-ке дейінгі — және одан да жоғары — барлық жиілік ауқымында төмен шығындарды сақтауын талап етеді, ал бір ғана оптималды жиілік нүктесінде жақсы жұмыс істеуін емес. Сондықтан дизайнерлер жоғары жиіліктегі сипаттамалары жоғары индуктивтіліктерді — мысалы, төмен шығынды металл ұнтағы сердечниктері немесе феррит материалдарын — таңдап алуы керек және қуат шығындары мен физикалық өлшемдер арасында оптималды теңестіру орнатуы керек, сондықтан барлық жиілік ауқымында жоғары тиімділікті және тұрақты жұмыс істеу қамтамасыз етіледі.
3. Buck-Boost түрлендіргіштер үшін ұсынылатын қуат индуктивтіліктері
Алдыңғы талқылауларда айтылғандай, төрт қосқышты Buck-Boost түрлендіргіштер сияқты жоғары токтық кернеу мен кең жұмыс шарттарында қолданылатын жағдайларда жазық сымды, жоғары токтық дискретті индуктивтік шешім қабылдау DCR шығындары, жоғары жиіліктегі ACR шығындары, қанығу құбылысына төзімділік пен физикалық орын алу көлемі сияқты негізгі көрсеткіштер бойынша жоғары деңгейде жалпы тепе-теңдікке қол жеткізеді. Бұл түрлендіргіштің жалпы пайдалы әсер коэффициентін және ұзақ мерзімді сенімділігін арттыру үшін идеалды таңдау болып табылады.
01-Компактты жоғары токтық қуат индуктивтігі CSBA
Компактты, жоғары токтық CSBA сериясы Codaca 's өзіндік төмен жоғалтулары бар негізгі материал, оның жақсы жұмсақ қанығу сипаттамалары мен өте төмен тұрақты ток кедергісі (DCR) бар. Оның магниттік қорғауы бар құрылымы өте жоғары электромагниттік сыйласулықты (EMC) қамтамасыз етеді және жоғары жиілікті электромагниттік кедергілерді (EMI) әлдеқайда төмендетеді. Төмен профильді конструкциясы жоғары тығыздықта беттік орналастыруға арналған, сондықтан CSBA сериясы — Галлий нитриді (GaN) пайдаланатын тізбектердің дизайнына арналған идеалды төмен профильді индуктивтілік.
CSBA сериясы Галлий нитриді (GaN) қуат көздері үшін тұрақты ток-тұрақты ток (DC-DC) түрлендіргіштер мен ауыспалы реттегіштер сияқты негізгі модульдерде кеңінен қолданылуы мүмкін. ЖИ серверлерінің қуат көздері мен жаңартылатын энергия жабдықтары сияқты қолданыстарда оның жоғары токты өткізу қабілеті мен жоғары жиіліктікке икемділігі жоғары қуат тығыздығымен сипатталатын қуат дизайнын қолдайды және жүйенің ұзақ мерзімді тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.
Компактты жоғары токты қуат индуктивтілігі CSBA
02-Аса жоғары токты қуат индуктивтілігі CSCFA
Super High Current Power Inductor CSCFA seriyasy Codaca kompaniyasynyń oziǵe tәn az zhylysuşy otkir materialynan jasalǵan, az quattyn zhylysuyna, joǵary taıǵyzdyqqa, keng islew jilysy aralyǵyna jane keng qollanys aralyǵyna iye. Tekis simmen oralmalanyń dizayny CSCFA seriyasyna joǵary sapa deńgeyinde zhylytuw menen tөmen temperaturada kөterilis beredi. Ozyńyń ǵajayyp DC bias imkaniyeti ony keseңgiletti joǵary shyngys akymdar menen islewge qabiliyetli etedi. Sonday-ak, keng turyq maghnettik tizbek dizayny elektromaghnitlik sәulesini jane otkiziletin kõpirdi tiykarlı tөmendetedi, bu elektromaghnitlik uyqunlyq (EMC) seviyesin arttyrady. Bu seriya qaytalanbaǵan energiya, ońdirlisliktegi boshqarysty, joǵary akymdy quatt kөzderi menen akku menejmenttik juyeleri (BMS), tarqalǵan quatt DC-DC ońdirtkishteri jane sunǵy aqyl (AI) sahasynda keng qollanys tabady.
Аса жоғары токты қуат индуктивтілігі CSCFA
03-Super High Current Power Inductor CPCFA
Супер жоғары токты қуат индуктивтілігі бар CPCFA сериясы жазық сымды орамды дизайнды қолданады, ол төмен кедергіге, жоғары қанығу тогына және төмен температураның көтерілуіне ие. Оның тұйық магниттік тізбек дизайнды электромагниттік сәулеленуді және өткізілетін кедергіні тиімді тежейді, ол электромагниттік үйлесімділікті (EMC) арттырады. Жоғары тұрақтылыққа ие болғандықтан, бұл серияның индуктивтілігі мен тұрақты токтың ығысу қабілеті температураның тербелістерінен шамамен әсерленбейді. CPCFA сериясы кеңінен қолданылады: DC/DC түрлендіргіштерде, жоғары токты ауыстырғыш реттегіштерде, фотожарықтық (PV) инверторларда, өндірістік автоматтандыруда, қайта қалыптастырылатын энергия жүйелерінде және басқа салаларда.
Super High Current Power Inductor CPCFA
4.DC/DC түрлендіргіш индуктивтілігін таңдау құралы
DC-DC түрлендіргішті жобалаған кезде инженерлер жиі индуктивтік элементтердің көптеген түрлері мен параметрлерінің кең ауқымына қатты шатасады. Codaca DC-DC түрлендіргішін таңдау құралы таңдау тиімділігін едәуір арттырады. Кіріс/шығыс кернеуі, ауысу жиілігі, толқынды ток, топология сияқты түрлендіргіш параметрлерін көрсету арқылы қажетті индуктивтілік диапазонын есептейді, құрылғының бөлшек нөмірлерін іздейді және өнімділік салыстыру талдауын ұсынады. Бұл құрал синхронды және асинхронды көтергіш/төмендеткіш түрлендіргіштер мен SEPIC түрлендіргіштер үшін сәйкес индуктивтік материалдарды да ұсына алады.
Бак-Буст түрлендіргіштің негізгі компоненті ретінде күштік индуктивтілік элементі энергияны сақтауға, энергияны босатуға және токтың құбылысын тежеуге маңызды әсер етеді. Оның сапасы түрлендіргіштің пайдалы әсер коэффициентін, тұрақты күйдегі дәлдігін және ұзақ мерзімді сенімділігін тікелей анықтайды. Арнайы бак немесе буст топологияларынан айырмашылығы неде? Бак-Буст түрлендіргіш кең кіріс пен шығыс кернеу ауқымында жұмыс істеуі керек. Индуктивтілік элементі бак және буст режімдерінде әртүрлі ток кернеулері мен құбылыс жағдайларына бір уақытта бейімделуі керек, ол индуктивтілік элементінің сызықтылығына, қанығу сипаттамаларына және жоғары жиіліктегі шығындарына қатаң талаптар қояды.
Buck-Boost tүрлендіргіштер қозғалмалы электрондық құрылғыларда, автомобильдің қуат жүйелерінде және энергия сақтау жүйелерінде (ESS) барынша кеңінен қолданыла бастаған кезде, индуктивтік орамдар қуат тығыздығын, жұмыс істеу жиілігін жоғарылатуға және интеграцияны арттыруға бағытталған дамуға ұшырайды. Бұл бағыттарға жауап ретінде Codaca Electronic индуктивтік орам өнімдерінің қанығу тогы мен шығын сипаттамаларын негізгі материалдың құрамын жетілдіру, орам құрылымын оптималдау және жылу басқару дизайнын жетілдіру арқылы үнемі жақсартады. Бұл жаңалықтар Buck-Boost түрлендіргіштердің өнімділігінің дамуына берік қолдау көрсетеді және таратылған энергия жүйелері мен автомобильдің электрленуінде кең кернеу диапазонын қамтитын сценарийлерге жоғары әсерлілік пен тұрақтылық қамтамасыз етеді.