EN
Индуктор бул, жолдоштардында энергия сактоо үчүн көп пайдаланылатын被动 компоненттүү элемент. Бу тармактарда фильтрлоо, boost жана buck рөлүн аткарат. Катарлык электр энергиянын дизайнында индуктордуунуздуу мәндердин таандыгын жана ошондуктан тууралуу жүктүүлүгүн, DCR (Direct Current Resistance) жана механикалык заман-бөлүктөрдү, жетекчилерди жана башкасын каргоо керек. Эгерде индуктордун функсияларына чейин жакшыраак танымagan болсоңуз, дизайнда убакытты көп пайдаланган жана актив эмес болушу мүмкүн.
Индуктордун Функсияларын Анлашуу
Индуктор - бу switch power supply-нын чыгарышындагы LC filter цепиңи "L" болуп саналат. Buck конверсиясында индуктордун бир жакы DC чыгарыш вольтажымен байланышкан, экинчи жакы же switch frequency-га карабгандан кийин input voltage жана GND аралыгында алмашат.
Биринчи состояниядагы эле индуктор MOSFET аркылуу input voltage-га байланышкан. Экинчи состояниядагы эле индуктор GND-га байланышкан.
Бул түрдүк контролорду колдонуудан кийин, индукторду землеү үчүн эки жол бар: диод аркылуу жана MOSFET аркылуу землеү. Эгер ичинче жол таңдалса, конвертер "асинхрондык режим" деп аталат. Икинчи жолда конвертер "синхрондык режим" деп аталат.
Эл 1-де, индуктордун бир убактысы киргизилген чекте болуп саналат, экинчиси же чыgarys чекке байланган. Buck конвертер үчүн киргизилген чек чыgarys чектен өзгөчө болушу керек, ошондой эле индуктордун жогорку чекте чек ирети үчүн формалашат.
Эл 2-де, алдын ала киргизилген чекте байланgan индуктордун убактысы земге байланган. Buck конвертер үчүн чыgarys чек позитив терминал болушу керек, ошондой эле индуктордун жогорку чекте терс чек ирети үчүн формалашат.
Индуктор чек ирети эсептөө формуласы
V=L(dI/dt). Индуктордогу жарық артык элеクトрикалык чейинде оң (Көймө 1) болсо, индуктордун жарығы көбөйтүлөт, эми терс таандыгы терс (Көймө 2) болсо, жарығы кичирет, анда индуктордун жарығынын графиги 2-чи суроодагы гипотезада көрсөтүлгөнчү:
Үстүндөги суроода биз индуктордун ичиндеги максималдык жарығын ДЦ жарығы плюс чейинде ачыкчылык пикинен жарыктык аралыгынын жарығы менен эсептөөгө болушу көрсөтүлгөн. Үстүндөги суроо да жарыктык ачыкчылыгын көрсөтөт. Эскертүлгөн формуладан, пикинен жарығы эсептөөлөрүү үчүн келеси формуланы колдонулат: мында ton Көймө 1-де убакыт, T - чейинде ачыкчылык периоду, жана DC - Көймө 1-дин чейинде ачыкчылык периоду.
Синхрондуу конверсия цикли
Асинхрондуу конверсия цикли
Rs: Жарық-сенинг резистору жана индуктордун мотоңдук резисторунун бирге алган резистору. Vf: Шоттки диодунун алдын алу вольтажы. R: Кондукция жолунун ичиндеги жуп резистору, мында R=Rs+Rm, мында MOSFET-тин чейинде ачыкчылык резистору.
Индуктордын магниттеги сызыктуулык
Эсептеген индуктордуун пик күчөсүнөн чыгарады, күчө индуктордуу аркылуу бөлүп жатканда, онын индуктивдыгы көрсөтүш артады. Бул физикалык өзгөчölөрдүн материалдын өзгөчөлүгү менен таанылат. Индуктивдыгын көрсөтүшүнүн өзгөчөлүгү маңызды: эгер өзгөчөлүк чоң болсо, конвертер тууралуу эмес. Индуктордуу күчөгө караганда кетет гана күчөгө караганда кетет деп аталат - сатурация күчөгү, индуктордуун карасыз параметр.
Конвертер жолдорундагы күчтүү индукторлордуун сатурация күрсөгү маңызды жана эсептүүгө дейин. Бул концепти түшүнүү үчүн сиз L-дин жана DC күчөсүнүн азыркы күрсөгүн көрсөтө аласыз.
Күчө бир нерсе шаршыга чейин чейин көрсөтүш арттыктуу түзгөн болуп саналат - бул сатурация деп аталган явуна. Күчө көбүрөөк арттыктуу болсо, индуктор тууралуу болушу мүмкүн.
Бул сатуу түзүктүүлүк characteristics-ы менен, бардык конвертерлердин индукция өзгөрүү аралыгын (△L ≤ 20% немесе 30%) DC чыгаруу жbuatында белгиlemesи жана индуктор spec-ка Isat параметрин киргизүүсүндөй эле аңлатылабыт. Чунку ripple current-нын өзгөрүүсү индукцияга эч нерсе айланыштырууга жетпейт, ушул эле бардык application-ларда ripple current-ны минимумго алып үтүрү келет, андан чекит output voltage-дуң айланыштарына тийиш. Эмне болсо, индукциянын DC чыгаруу жbuatында өзгөрүүсү боюнча эле чоң суроо бар, ал ripple current-да индукциясы specification-дарда эле эсептелбейт.
Коммутациялык энергия чакырмактары үчүн маанилүү индукторлорду тантуу
Индукторлор ачык чаржылык көрсөмдөрүнде жогорку чаржылык көрсөмдөрү үчүн тантуу элементтердин бирин түзүү үчүн колдонулат. Анын элеクトрикалык токтоо жана вольтаждын аралык фазада, теориясына каршы, узактык нөлгө тең. Индукторлор эч келген убакытта энергия сактоо элементтери ретинде колдонулат, "келгендерди сурак, чыgaryп жатканын сактайт" хасиасы бар жана капаситорлорду колдонуп, киргизүү жана чыгаруу фильтрлеринde токту туурашу үчүн колдонулушу бар.
Магниттык компоненттердик эле, индукторлор көзүңө магниттык сатурация (тою) маселеси бар. Бирокча талаптарындай эле, индукторлордуң бағытталган жүрүш аркылуу сатурациясы бар болушу мүмкүн, ал башка талаптарда сатурация толуу тартылып жаткан жерде жатышы керек, ошондой эле жерлерде айрым шеңбердерде айырмашылык турулат. Эч нерсе жокту, анткени индукторлор "линейдык аралык"та иштейт, анда индуктивдык өзгөрбөсү жоготту менен тизме-жүрөгө ээ эмес. Бирокча, чоңчулуктуу коммутациялык күч тарабындай эле, индукторлордун жыйынтыгы (яки паразиттик) параметрлери бар. Биринчи параметр - жыйынтык уркундүү өзгөрбөсү, экинчи параметр - жыйынтык жана материалдар менен байланыштуу жыйынтык капаситативдык өзгөрбөсү. Жыйынтык капаситативдык өзгөрбөсү тизме-жүрөгөнүн төмөнкү көлөмдө эле эрекше табиисiz, бирок тизме-жүрөгө көлөмү көбөйтүлгөн болсо, ушул өзгөрбөсүнүн эсептириши көбөйтүлөт. Тизме-жүрөгө башка бир мәндеги көлөмдө көбөйтүлгөн болсо, индуктор капаситативдык characteristics-ка айланып кетет. Агар жыйынтык капаситативдык өзгөрбөсү бир гипотетикалык капаситор болсо, анда индуктордун эквиваленттук шеңбери берилген тизме-жүрөгөнүн төменгиле капаситативдык өзгөрүшүн көрсөтөт.
Колдонмонын жарыкташтыгындагы индуктордун операциялык жарандысын анализ кылганда, келеси түрлөрдү қарастырып алуу керек:
1. Индуктор L дагы I жарығы жүзеге ашса, индуктордогу сакталган энергия: E=0.5 × L× I2(1)
2. Жарык алмастыру циклисинде индуктордун жарығынын өзгөрүүсү (ripple current peak-to-peak мөнөсү) индуктордун жарыкка байланышы менен тән болот:
V=(L × di)/dt(2), Бул индуктордун өзгөрүүсүнүн мөнөсүнүн индукция мөнөсү менен байланыштуу эле.
3. Индукторлор да зарядlanыш жана зарядlanбаш процессин жүрүтөт. Индуктордун жарығы ошонун жарыкка (вольт-секундалар) интегралына пропорционален. Индуктордун жарығы өзгөрсө, анда жарығынын өзгөрүү темпори di/dt да өзгөрөт: алдынчалык жарык жарығын туураттуу түрдө көтөрүп, кереги жарык ошону кичирет.
Букумдук жылдыруу күчтүк жарыклар үчүн индукторлорду тантуу
Букумдук жылдыруу күчтүк жарык үчүн индуктор тантууда, максималдык киргизүү电压ы, чыgaryу voltageы, күчтүк жылдыруу частотасы, максималдык рipples currentы жана duty cycle-ди аныктайбыз. Азыр букумдук жылдыруу күчтүк жарык үчүн индукция мөнөздөгү санын эсептөө туралу айтылады. Биринчи жолдо, жылдыруу частотасы 300 kHz деп, киргизүү voltage диапазону 12 В ± 10%, чыgaryу currentы 1 A жана максималдык рipples currentы 300 mA деп алыңыз.
Букумдук жылдыруу күчтүк жарыгынын схемасы
Максималдуу киргизүүчү电压 13.2V-ка, жана солдук цикл: D＝Vo/Vi＝5/13.2＝0.379(3), мунда Vo чыгарма voltage-и, жана Vi киргизүүчү voltage-и. Көчүрүүчү транзистор иштеткенде, индуктор боюнча voltage: V = Vi - Vo = 8.2 V(4). Көчүрүүчү транзистор иштетпейткенде, индуктор боюнча voltage: V＝-Vo－Vd＝-5.3V(5).dt＝D/F(6). Теңдемелер (2), (3) жана (6)-ны теңдемеге (2)-ге алмаштырып салуу:
Boost-типтик көчүрүүчү ар бөлүктөрү үчүн индукторлордун тандалышы
Буст алмашуучу жылдыз көрсөткүчү үчүн индуктивдык мәнин саноо, дюти цикли жана индуктордун уолту арасындагы байланыш формуласы өзгөртүлгөн жердин эң жакшысында, баска процесстер бардык buck алмашуучу жылдыз көрсөткүчү үчүн саноо тилиминен оорун алат. Алып ташталган алмаштыруу частотасы 300 кГц, киргизүүчү вольтаждын диапазону 5 В ± 10%, чыгарылышынок current 500 мА, жана эффективдүүлүк 80% болсо, максималды ripple current 450 мА болуп саналат, жана сыймык дюти цикли:D=1-Vi/Vo=1-5.5/12=0.542(7).
Буст алмашуучу жылдыз көрсөткүчү үчүн схема диаграмма
Коммутатор ылдызга чейинки жаңыраакта, индуктордун уолту: V = Vi = 5.5 В (8), Коммутатор ылдыздан кийинки жаңыраакта, индуктордун уолту: V = Vo + Vd - Vi = 6.8 В (9), Формулалар 6/7/8 формулада 2-ге айланып келет:
Эчкенинде, бак конвертерлерден айрылыштыгында, boost конвертерлер индуктордон жүктүү курун салбаганды. Капсюльдүк транзистор иштейт келгенде, индуктордуң жөнү капсюльге жана жерге өтүп жатат, ал жүктүү курун чыгарылган капаситор берет. Сонунан тышкара, чыгарылган капаситор бул периодда жүктүүге берүү үчүн жеткили энергия сактоо керек. Бирок, капсюль жок болсо, индуктордуң жөнү жүктүүге берип келет жана чыгарылган капаситорду заряд жасайт.
Үмумий түрдүү түрдө, индуктивдык мәндердин көбөйтүлүүсү чыгарылган жылтырууду кемитет, бирок электр энергиясынан келген динамик жоопту көбөйтөт. Ошентип, максаттарына караганда эң жакшы индуктивдык мәндери таңдаалы. Жогорку переключение частоталары индуктивдык мәндерди кичирет, индуктордун өлчөмүн кичирет жана PCB-деги орноқту кутуштайды. Сонынан тышкара, кичине электрондук продукtlардын талпына урмату үчүн модерн переключение электр энергиясынан келген көліктөр жогорку частоталарга жакындоо тургулар.
Коммутация жана күчтүк айлыктардын анализи жана көлөгү
Ленц заңы туралу: DC-жолдо, спиральдин өз-индукциясы токtons жогорулугуна каршы электр эмкость (EMF) туузулот. Сондыктан, чакырдашуунун анткы моментинде, жол току эфекттиги нөлгө тең болуп саналат, жана бардык чакырдалыш дифференциалдык спиральде орун алат. Ток содан кийин спиральдеги чакырдалыш нөлгө чейин кемитилген жана убакыттык жарықтын аягы белгиленип откурат. Коммутациялык конвертерлердин иштетүүсүндө, индуктор сатурацияга киргесе болбойт. Сатурацияга кирген индуктор тизме DC жолу кabi байланышка айланып, энергияны сактоо мүмкүнчүлүгүн калтырат, бул конвертердин функциясын азырдайт. Чакырдалыш частотасы тез келгенде, пик токтардын төмөнүнде сатурацияга киргеп жаткан индукция мөнөкөсү чоң болушу керек.
Коммутациялык жылдырмактарда индуктивдыгын аныктайтуу: Азырлаштырған коммутация чекиттеринде, өзгөчө бул жана суңгуш кезеңдери узун болгон учурда, түртүнүчү чыгарышты сүрөттө кورсатууга жарандык индуктивдык мәнді керек. Бул түртүнүчүдөн көбөйтүүчү магниттик энергиясын сактоо мүмкүн килет. Алга келген эле, өзгөчө бул жана суңгуш кезеңдери кеминип, энергиянын қайталанган өзгөрүүсү кеминет, ал эми жарандык күрөшүп жаткан күч кеминет. Бул принцип формуладан түшүнүлүр: L = (dt/di) * uL, мұнда D = Vo/Vi (жөнөтүү коэффициенти), dt = D/F (жөнөтүү узундугу), F = коммутация чекиттери, di = күч күрөшү. Buck конвертерлер үчүн, D = 1 - Vi/Vo; boost конвертерлер үчүн, D = Vo/Vi. Жыйынтыкча, ошондой эле: L = D * uL / (F * di). F кичине болсо, анда L пропорционалдуу тартылабыт. Кирешке, башка параметрлерди тегиздейт, L-ны көбөйтүү күч күрөшүсүн (di) кемитет. Ырыстарынан кийин, чекит фиксирелген болсо, L-ны көбөйтүү чыгарыш күрөшүсүн кемитет, бирок динамик жаابة (жүктөрдүн өзгөрүшүгө каршы келүү) жакшыратылат. ОшентCHE, индуктивдык мәндери керек эсептелген жолдорго сай калыптастырылышы керек, күрөшү кемитүү менен убакыттык жаабаны балансалаңыз.