حساب الجهد ، التيار في محث باك

حساب الجهد ، التيار في محث باك

سنحاول في هذا المنشور فهم المعلمات المختلفة المطلوبة لتصميم محث محول باك صحيح ، بحيث يكون الناتج المطلوب قادرًا على تحقيق أقصى قدر من الكفاءة.



في منشوراتنا السابقة تعلمنا أساسيات محولات باك وأدركت الجانب المهم فيما يتعلق بوقت تشغيل الترانزستور فيما يتعلق بالوقت الدوري لـ PWM الذي يحدد بشكل أساسي جهد الخرج لمحول باك.

في هذا المنشور ، سنتعمق قليلاً ونحاول تقييم العلاقة بين جهد الدخل ، وتبديل وقت الترانزستور ، والجهد الناتج وتيار محث باك ، وفيما يتعلق بكيفية تحسينها أثناء تصميم مغو باك.





مواصفات محول باك

دعنا نفهم أولاً المعلمات المختلفة المتضمنة في محول باك:

تيار مغو الذروة ، ( أناص ) = إنها أقصى كمية تيار يمكن أن يخزنها المحرِّض قبل أن يتشبع. هنا يعني المصطلح 'مشبع' حالة يكون فيها وقت تبديل الترانزستور طويلًا جدًا بحيث يستمر في التشغيل حتى بعد أن يتجاوز المحرِّض قدرته التخزينية القصوى أو القصوى الحالية. هذا وضع غير مرغوب فيه ويجب تجنبه.



تيار الحث الأدنى ، ( أناأو ) = هو الحد الأدنى من التيار الذي قد يُسمح للمحث بالوصول إليه أثناء تفريغ المحرِّض عن طريق إطلاق طاقته المخزنة في شكل EMF الخلفي.

بمعنى ، في العملية التي يتم فيها إيقاف تشغيل الترانزستور ، يقوم المحث بتفريغ طاقته المخزنة إلى الحمل وفي أثناء ذلك ينخفض ​​التيار المخزن بشكل كبير نحو الصفر ، ولكن قبل أن يصل إلى الصفر ، قد يُفترض أن يعمل الترانزستور مرة أخرى ، وهذا يُطلق على النقطة التي قد يتحول فيها الترانزستور إلى وضع التشغيل مرة أخرى الحد الأدنى لتيار المحرِّض.

يسمى الشرط أعلاه أيضًا الوضع المستمر لـ تصميم محول باك .

إذا لم يتم تشغيل الترانزستور مرة أخرى قبل أن ينخفض ​​تيار المحرِّض إلى الصفر ، فقد يُشار إلى الوضع على أنه الوضع المتقطع ، وهو طريقة غير مرغوب فيها لتشغيل محول باك وقد يؤدي إلى عمل غير فعال للنظام.

تيار تموج ، (i = أناص - أناأو ) = كما يتضح من الصيغة المجاورة ، التموج Δ i هو الفرق بين تيار الذروة والحد الأدنى للتيار المستحث في محث باك.

يعمل مكثف المرشح عند خرج محول باك على استقرار تيار التموج هذا ويساعد على جعله ثابتًا نسبيًا.

دورة العمل ، (D = تيعلى / T) = يتم حساب دورة العمل بقسمة وقت تشغيل الترانزستور على الوقت الدوري.

الوقت الدوري هو إجمالي الوقت الذي تستغرقه دورة PWM واحدة لإكمالها ، وهذا هو وقت التشغيل + وقت الإيقاف لمرة واحدة PWM تغذي الترانزستور.

وقت الترانزستور ( تيعلى = د / و) = يمكن تحقيق وقت تشغيل PWM أو وقت 'التبديل ON' للترانزستور عن طريق قسمة دورة العمل على التردد.


متوسط ​​الانتاج الحالي أو الحمل الحالي ، ( أناعصفور = Δi / 2 = أنا حمل ) = يتم الحصول عليها بقسمة تيار التموج على 2. هذه القيمة هي متوسط ​​تيار الذروة والحد الأدنى للتيار الذي قد يكون متاحًا عبر حمولة خرج محول باك.

قيمة RMS لموجة المثلث irms = √ { أناأو اثنين + (Δi) اثنين / 12} = يوفر لنا هذا التعبير RMS أو القيمة التربيعية لمتوسط ​​الجذر لكل أو أي مكون من مكونات موجة المثلث التي قد تكون مرتبطة بمحول باك.

حسنًا ، لذلك ما ورد أعلاه كانت المعلمات والتعبيرات المختلفة المتضمنة أساسًا مع محول باك الذي يمكن استخدامه أثناء حساب محث باك.

الآن دعنا نتعلم كيف يمكن أن يرتبط الجهد والتيار بمحث باك وكيف يمكن تحديدها بشكل صحيح ، من البيانات الموضحة التالية:

تذكر هنا أننا نفترض أن تبديل الترانزستور في الوضع المستمر ، أي أن الترانزستور دائمًا ما يعمل على التشغيل قبل أن يتمكن المحث من تفريغ EMF المخزن تمامًا ويصبح فارغًا.

يتم ذلك في الواقع من خلال تحديد أبعاد وقت التشغيل للترانزستور أو دورة عمل PWM فيما يتعلق بسعة المحرِّض (عدد الدورات).

العلاقة أنا وأنا

يمكن وضع العلاقة بين الجهد والتيار داخل محث باك على النحو التالي:

V = L di / dt

أو

أنا = 1 / لتر 0ʃtVdt + أناأو

يمكن استخدام الصيغة أعلاه لحساب تيار الخرج باك وهي جيدة عندما يكون PWM في شكل موجة تصاعدية ومتحللة بشكل كبير ، أو قد تكون موجة مثلث.

ومع ذلك ، إذا كان PWM في شكل موجة مستطيلة أو نبضات ، يمكن كتابة الصيغة أعلاه على النحو التالي:

أنا = (Vt / L) + أناأو

هنا Vt هو الجهد عبر الملف مضروبًا في الوقت الذي استمر فيه (بالميكرو ثانية)

تصبح هذه الصيغة مهمة أثناء حساب قيمة الحث L لمحث باك.

يوضح التعبير أعلاه أن الناتج الحالي من مغو باك يكون في شكل منحدر خطي ، أو موجات مثلثة واسعة ، عندما يكون PWM في شكل موجات مثلثة.

الآن دعنا نرى كيف يمكن للمرء تحديد تيار الذروة داخل مغو باك ، الصيغة الخاصة بذلك هي:

ipk = (Vin - Vtrans - Vout) طن / لتر + أناأو

يوفر لنا التعبير أعلاه تيار الذروة أثناء تشغيل الترانزستور وعندما يتراكم التيار داخل المحرِّض خطيًا (ضمن نطاق تشبعه *)

حساب تيار الذروة

لذلك يمكن استخدام التعبير أعلاه لحساب تراكم الذروة الحالي داخل محث باك بينما يكون الترانزستور في مرحلة التبديل ON.

إذا تم تحويل التعبير io إلى LHS ، نحصل على:

أناص- أناأو= (نبيذ - Vtrans - Vout) طن / لتر

هنا يشير Vtrans إلى انخفاض الجهد عبر مجمع / باعث الترانزستور

تذكر أن تيار التموج يُعطى أيضًا بواسطة Δi = ipk - io ، لذلك نستبدل هذا في الصيغة أعلاه التي نحصل عليها:

Δi = (Vin - Vtrans - Vout) طن / لتر ------------------------------------- مكافئ # 1
الآن دعونا نرى التعبير عن الحصول على التيار داخل المحرِّض أثناء فترة إيقاف تشغيل الترانزستور ، يمكن تحديده بمساعدة المعادلة التالية:

أناأو= أناص- (Vout - VD) Toff / L

مرة أخرى ، باستبدال ipk - io بـ i في التعبير أعلاه ، نحصل على:

Δi = (Vout - VD) Toff / L ------------------------------------- المعادلة # 2

يمكن استخدام Eq # 1 و Eq # 2 لتحديد قيم تيار التموج أثناء قيام الترانزستور بتزويد التيار إلى المحرِّض ، أي أثناء وقت التشغيل ..... وأثناء قيام المحرِّض بتصريف التيار المخزن من خلال الحمل خلال فترات إيقاف الترانزستور.

في المناقشة أعلاه ، نجحنا في استنباط المعادلة لتحديد عامل (أمبير) الحالي في مغو باك.

تحديد الجهد

دعونا الآن نحاول إيجاد تعبير قد يساعدنا في تحديد عامل الجهد في محث باك.

نظرًا لأن Δi شائع في كل من Eq # 1 و Eq # 2 ، فيمكننا مساواة المصطلحات ببعضها البعض للحصول على:

(نبيذ - Vtrans - Vout) طن / لتر = (Vout - VD) Toff / L

VinTon - Vtrans - Vout = VoutToff - VDToff

VinTon - Vtrans - VoutTon = VoutToff - VDToff


VoutTon + VoutToff = VDToff + VinTon - VtransTon


صوت = (VDToff + VinTon - VtransTon) / T.

استبدال تعبيرات Ton / T بدورة العمل D في التعبير أعلاه ، نحصل عليها

صوت = (فين - فترانس) د + فد (1 - د)

بعد معالجة المعادلة أعلاه نحصل على:

Vout + VD = (Vin - Vtrans + VD) د
أو

D = Vout - VD / (Vin - Vtrans - VD)

هنا يشير VD إلى انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي.

حساب تنحى الجهد

إذا تجاهلنا انخفاض الجهد عبر الترانزستور والصمام الثنائي (نظرًا لأن هذه يمكن أن تكون تافهة للغاية مقارنة بجهد الإدخال) ، فيمكننا خفض التعبير أعلاه كما هو موضح أدناه:

صوت = DVin

يمكن استخدام المعادلة النهائية أعلاه لحساب جهد التنحي الذي قد يكون مقصودًا من محث معين أثناء تصميم دارة محول باك.

المعادلة أعلاه هي نفسها التي تمت مناقشتها في المثال الذي تم حله في مقالتنا السابقة ' كيف تعمل محولات باك .

في المقالة التالية سوف نتعلم كيفية تقدير عدد المنعطفات في مغو باك .... من فضلك ترقبوا.




السابق: كيف تعمل محولات باك في المادة التالية: حلبة تحكم ذات محرك كهربائي عالي القوة الكهربائية