🈵 🙎🏾 🕥 डीएसपी पर बढ़ावा कनवर्टर का विकास: संचालन, गणना, प्रोटोटाइप का सिद्धांत 🏪 🏛️ 🙆

मैंने पहले ही हिरन टोपोलॉजी के बारे में एक समान लेख लिखा है , जो कि एक स्टेप-डाउन कनवर्टर के बारे में है, आज कहानी एक बूस्ट (वोल्टेज) कनवर्टर के निर्माण के बारे में होगी जो कि एनालॉग पीडब्लूएम नियंत्रक पर नहीं, बल्कि डीएसपी / एमके पर नियंत्रण के साथ है। बोर्ड पर STM32F334R8T6 और एक अलग हाफ-ब्रिज ड्राइवर के साथ लेआउट को मेरे " विकास किट " के आधार पर संकलित किया जाएगा।

परिचय

शुरुआत में, मैं एक महत्वपूर्ण बिंदु को नोट करना चाहूंगा - हालांकि लेख कहता है कि नियंत्रण एक माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करके किया जाता है, इसका मतलब यह नहीं है कि पावर भाग की गणना एक एनालॉग पीडब्लूएम नियंत्रक के साथ एक कनवर्टर की गणना से कुछ अलग होगी। यही है, आप किसी भी बूस्टर कॉन्व्टर के लिए बिजली इकाई की गणना करते समय इस लेख से गणना प्रक्रिया को सुरक्षित रूप से लागू कर सकते हैं।

वास्तविक दुनिया में, कई कार्य हैं जो मानक एनालॉग PWM नियंत्रकों का उपयोग करके हल नहीं किए जा सकते हैं। मेरा पसंदीदा उदाहरण MPPT एल्गोरिथ्म के साथ एक वोल्टेज कनवर्टर है। जैसे ही हमारा कार्य "मानक" के दायरे से परे चला जाता है और कुछ अतिरिक्त नियंत्रण एल्गोरिथ्म या कार्य का तर्क प्रकट होता है, एक स्थिति उत्पन्न होती है जिसमें डीएसपी का उपयोग समस्या के समाधान को सरल करता है और साथ ही साथ इसकी लागत को कम करता है, और सबसे महत्वपूर्ण यह सिद्धांत रूप में हल करने की अनुमति देता है।

यह उन कार्यों के बारे में थोड़ी बात करने लायक है जहां आप टोपोलॉजी को बढ़ावा देंगे। टोपोलॉजी स्वयं बहुत से लोगों के लिए जानी जाती है और कई ने शायद पहले ही इसे लागू कर दिया है जब आपको ली-आयन बैटरी के 1 सेल से 5 वी प्राप्त करना था, उदाहरण के लिए - आपने कम-शक्ति डीसी / डीसी बूस्टर कनवर्टर का उपयोग किया था। ऐसे कम-बिजली कन्वर्टर्स का उपयोग अक्सर डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स, IoT, स्वचालन, स्व-चालित उपकरणों और अन्य कार्यों में किया जाता है।

दूसरा पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है, लेकिन अत्यंत महत्वपूर्ण है, आवेदन - पीएफसी या पावर फैक्टर सुधारक। अधिकांश पीएफसी सबसे आम बढ़ावा देने वाले कनवर्टर हैं, जो एक विशेष एल्गोरिथ्म के अनुसार काम करता है, लेकिन अंत में यह 85… 265VAC से + 400VDC इनपुट को ठीक और बढ़ाता है। भविष्य में, हम इसके अलावा एक उदाहरण के रूप में विचार करेंगे।

एक अन्य आम विकल्प शक्तिशाली डीसी / डीसी बूस्ट कन्वर्टर्स हैं, उदाहरण के लिए, एमपीपीटी के साथ सौर पैनलों के लिए नेटवर्क इनवर्टर, जो कि सबसे महंगे और सबसे लोकप्रिय दोनों हैं, मुख्य रूप से 5 से 1500 किलोवाट की शक्ति वाले बिजली संयंत्रों में उपयोग किया जाता है। इस तरह के कन्वर्टर्स 2 चरणों में बनाए जाते हैं, जहां 1 चरण एक मल्टीफ़ेज़ डीसी / डीसी बूस्ट है (Google जिसे इंटरलेव्ड भी कहा जाता है), जो आमतौर पर इनपुट पर 200 ... 600VDC का एक निरंतर वोल्टेज प्राप्त करता है और इसे स्थिर 800VDC तक बढ़ाता है। इसके अलावा, एक साधारण डीसी / एसी पलटनेवाला एक वैकल्पिक वोल्टेज उत्पन्न करता है। ऐसे कन्वर्टर्स DSP के आधार पर बनाए जाते हैं, और उनका संरचनात्मक आरेख निम्नानुसार है:

मुझे आशा है कि आप समझेंगे कि यह टोपोलॉजी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के डेवलपर्स के लिए क्यों महत्वपूर्ण है, साथ ही साथ यह सीखना महत्वपूर्ण है कि डीएसपी / एमके पर नियंत्रण के साथ बूस्टर कन्वर्टर्स कैसे विकसित किया जाए। अब स्पष्ट प्रेरणा के साथ, हम टोपोलॉजी के अध्ययन के लिए आगे बढ़ सकते हैं।

अध्याय 1 - बढ़ावा कनवर्टर संचालन का सिद्धांत

बूस्ट बूस्टर कनवर्टर हिरन हिरन कनवर्टर के सिद्धांत के समान है क्योंकि दोनों मामलों में काम के दो चरण हैं। पहले चरण में, ऊर्जा को प्रारंभ करनेवाला में संचित किया जाता है, जबकि लोड आउटपुट संधारित्र द्वारा संचालित होता है। दूसरे चरण में, ऊर्जा को प्रारंभ में लोड से स्थानांतरित किया जाता है और आउटपुट कैपेसिटर को एक साथ चार्ज किया जाता है, जो लोड को ऊर्जा प्रदान करेगा जबकि प्रारंभ करनेवाला "रिचार्ज" है। बेशक, सभी को समान रूप से बूस्टर कनवर्टर प्राप्त करने के लिए, सर्किटरी परिवर्तनों की आवश्यकता होती है, आइए बूस्ट के सर्किट आरेख को देखें:

पहली नज़र में, यह आपको लग सकता है कि टोपोलॉजी हिरन की तरह नहीं है, लेकिन यदि आप बारीकी से देखते हैं, तो यह स्पष्ट हो जाएगा कि वे जुड़वाँ हैं। तब आप इसे और अधिक स्पष्ट रूप से देखेंगे, लेकिन अभी के लिए, चलो बढ़ावा कनवर्टर के चरणों का विश्लेषण करें।

आवेश का चरण संचय। फिलहाल कनवर्टर चालू है, आउटपुट कैपेसिटेंस सी 2 संभावित वी _{इन के} तहत _है , क्योंकि प्रारंभ करनेवाला L1 और डायोड VD1 के माध्यम से वर्तमान प्रवाह। नियंत्रण डिवाइस (पीडब्लूएम कंट्रोलर या डीएसपी) एक पीडब्लूएम सिग्नल उत्पन्न करना शुरू कर देता है और इसे ट्रांजिस्टर VT1 के गेट तक पहुंचाता है। जब ट्रांजिस्टर वीटी 1 खोला जाता है, तो यह पता चलता है कि सर्किट बंद है, इंडक्शन एल 1 पावर स्रोत से जुड़ा हुआ है और ऊर्जा संचय करना शुरू कर देता है। VD1 के माध्यम से करंट प्रवाहित नहीं होता है, क्योंकि एनोड (जीएनडी क्षमता, 0 वी के बारे _में ) की तुलना _में कैथोड में क्षमता अधिक (वी के बारे _में ) है।
इंडक्शन डिस्चार्ज का चरण। अब PWM सिग्नल 1 से 0 तक अपना मान बदलता है और ट्रांजिस्टर VT1 बंद हो जाता है। इस बिंदु पर, प्रारंभ करनेवाला L1 क्षमता को बढ़ाकर वर्तमान मूल्य को बनाए रखना चाहता है। प्रारंभ करनेवाला के इनपुट पर, क्षमता अभी भी उसी V _{में है} , और इसलिए संभावित बिंदु "थ्रॉटल-ड्रेन VT1-anode VD1" पर बढ़ता है। जब इस बिंदु पर क्षमता कैथोड VD1 की क्षमता से बड़ी हो जाती है, तो धारा VD1 से लोड की ओर प्रवाहित होने लगती है और साथ ही आउटपुट कैपेसिटेंस C2 को चार्ज करती है। इस स्तर पर, सर्किट भी बंद हो जाता है, लेकिन VT1 के माध्यम से नहीं, बल्कि "L1-VD1-C2-load" पथ के माध्यम से:

इसके अलावा, इन चरणों बस वैकल्पिक और कनवर्टर काम करता है। उन लोगों के लिए जो कुछ भी नहीं समझते हैं, मैं समझाऊंगा कि वोल्टेज कैसे बढ़ता है। जिस समय VT1 बंद हो जाता है, उस समय थ्रोटल डिस्चार्ज होना शुरू हो जाता है और इस समय "डिस्चार्ज" होने पर इस पर वोल्टेज अनंत को जाता है। हां, यह एक आदर्श प्रणाली में है, लेकिन वास्तविक जीवन में वोल्टेज लोड प्रतिरोध द्वारा सीमित होगा, जो प्रारंभ करनेवाला और डायोड के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, और अगर नियंत्रण है, तो प्रतिक्रिया भी।

ऊर्जा भंडारण के चरण द्वारा अभी भी पूरक होना बाकी है। स्विचिंग के क्षण में, आउटपुट कैपेसिटर C2 में व्यावहारिक रूप से कोई संग्रहीत ऊर्जा नहीं होती है, लेकिन निर्वहन के पहले चरण के बाद इसे चार्ज किया जाता है और इस पर संभावित V V के बराबर होता _है , जिसका अर्थ है कि ऊर्जा भंडारण के बाद के चरणों में यह क्षमता 2 ऊर्जा के साथ भार प्रदान करेगा, परिणामस्वरूप लोड में कोई रुकावट नहीं होगी। ऊर्जा प्राप्त करना। इस से यह इस प्रकार है कि सी 2 में ऐसी क्षमता होनी चाहिए कि संग्रहीत ऊर्जा ट्रांजिस्टर के उद्घाटन की अवधि (टी) के लिए लोड को शक्ति प्रदान करने के लिए पर्याप्त है। ऊपर वर्णित के अनुसार, दोहराए जाने वाले चरणों के 2 दौर से शुरू होकर, चार्ज संचय का चरण इस तरह दिखता है:

जैसा कि आप देख सकते हैं, दो बंद सर्किट प्राप्त किए जाते हैं। "लाल" सर्किट VT1 के माध्यम से बंद हो जाता है और थ्रॉटल को चार्ज किया जाता है, और "ग्रीन" सर्किट लोड के माध्यम से बंद हो जाता है। इस मामले में प्रक्रियाओं / ऊर्जा का "मिश्रण" डायोड VD1 की उपस्थिति के कारण नहीं होता है, क्योंकि किसी भी समय, कैथोड VD1 में क्षमता एनोड की क्षमता से अधिक होगी।

अब यह पता करें कि वोल्टेज के साथ क्या हो रहा है, कनवर्टर के इनपुट पर आउटपुट वोल्टेज के साथ क्या कनेक्शन है। बक कनवर्टर के मामले में, हमारे बूस्ट में इनपुट पर आउटपुट वोल्टेज की एक रैखिक निर्भरता है, और ट्रांसमिशन गुणांक कर्तव्य अनुपात के बराबर है:

जैसा कि आप देख सकते हैं, संबंध सरल और सीधा है, इसलिए आप हमारे PWM सिग्नल के कर्तव्य चक्र को बदलकर आउटपुट वोल्टेज को समायोजित कर सकते हैं। विनियमन सूत्र से, एल्गोरिथ्म भी निम्नानुसार है:

आउटपुट पर वोल्टेज बढ़ाने के लिए - कर्तव्य चक्र को बढ़ाना आवश्यक है;
आउटपुट पर वोल्टेज को कम करने के लिए - कर्तव्य चक्र को कम करना आवश्यक है।

अब हम समझते हैं कि कैसे बढ़ावा कनवर्टर काम करता है और आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए तर्क। ज्ञान को मजबूत करने के लिए, हम एक आस्टसीलस्कप पर प्रयोगों के एक जोड़े का विश्लेषण करेंगे और अभ्यास में इन निर्भरताओं को देखेंगे।

उदाहरण के लिए, उदाहरण के लिए, एक प्रयोगशाला बिजली की आपूर्ति, एक स्थिर 10V वोल्टेज स्रोत ले, उदाहरण के लिए, और VT1 ट्रांजिस्टर के लिए एक PWM सिग्नल लागू करें, जिसके प्रयोग के दौरान ड्यूटी चक्र बदल जाएगा। आस्टसीलस्कप जांच सर्किट में निम्नलिखित बिंदुओं से जुड़े होते हैं:

अनुभव नंबर 1। इनपुट वोल्टेज (V) 12V है, PWM सिग्नल का कर्तव्य चक्र 0.75 है:
अनुभव संख्या 2। इनपुट वोल्टेज (V) 12V है, PWM सिग्नल ड्यूटी चक्र 0.5 है:
अनुभव नंबर 3। इनपुट वोल्टेज (V) 12V है, PWM सिग्नल का कर्तव्य चक्र 0.25 है:

अब हमने अभ्यास में देखा है कि आउटपुट वोल्टेज रैखिक रूप से कर्तव्य चक्र पर निर्भर करता है, और इसलिए हम एक नियंत्रण प्रणाली (सीएस) का निर्माण कर सकते हैं जो एडीसी का उपयोग करके आउटपुट वोल्टेज की निगरानी करेगा और मापा मूल्य के आधार पर, इसे घटाएगा या बढ़ाएगा।

अध्याय 2 - बढ़ावा कनवर्टर की डिजाइन सीमाएं

जैसा कि आप समझते हैं, एक आदर्श टोपोलॉजी मौजूद नहीं है, अन्यथा उनमें से बहुत सारे नहीं होंगे और हर कोई केवल इसका उपयोग करेगा, उदाहरण के लिए, एक पूर्ण पुल। इस मामले में, बूस्टर कन्वर्टर्स में कई विशेषताएं हैं जो इस टोपोलॉजी के उपयोग पर प्रतिबंध लगाते हैं:

आउटपुट वोल्टेज 3 से अधिक नहीं होना चाहिए ... 4 बार।
विशेषज्ञ निश्चित रूप से यहां भाग लेंगे और बताएंगे कि कैसे उन्होंने IN-12 घड़ी में MC34063 का उपयोग करके +5V से बूस्ट-ओम का वोल्टेज + 180V बढ़ा दिया! यह निश्चित रूप से अद्भुत है, लेकिन चलो इस मामले के लिए कर्तव्य चक्र का अनुमान लगाते हैं, वोल्टेज को 5V से 180V तक बढ़ाने के लिए, आपको लगभग 0.972 (!) के गुणांक पर कनवर्टर काम करने की आवश्यकता है। मुझे लगता है कि यह बताने की आवश्यकता नहीं है कि यह एक बुरा विचार है, कि उच्च आवृत्ति पर स्विचिंग ट्रांजिस्टर के दौरान संक्रमण करने वालों की तुलना करने योग्य अवधि होगी, और शायद एक लंबा भी।

इसके अलावा, इस तरह के एक कर्तव्य कारक के साथ, यह पता चलता है कि ट्रांजिस्टर लगभग हमेशा खुला होता है, जिसका अर्थ है कि इसके माध्यम से प्रवाह होता है और हमें स्थैतिक नुकसान का अधिकतम संभव मूल्य प्राप्त होता है, और इसलिए कम दक्षता।

यह वास्तव में क्या करता है ... कम शक्ति पर (mc34063 के साथ एक ही मामला), अस्थिर संचालन, कम विश्वसनीयता, विद्युत तरंगों की बढ़ती हीटिंग के साथ संयुक्त वर्तमान तरंग और कम दक्षता की गारंटी है। उच्च शक्ति पर - व्यापक।

उदाहरण के लिए, पीएफसी पर ध्यान दें, वे सभी 1: 4 के अधिकतम अनुपात के साथ काम करते हैं, अर्थात् एक ही सार्वभौमिक इनपुट 85 ... 265VAC या उनके 90 ... 310VAC के साथ एक वोल्टेज नियामक। एक उदाहरण के रूप में, आप एमपीपीटी के साथ नेटवर्क इनवर्टर पर विचार कर सकते हैं, जहां आउटपुट 800V, 200 ... 600VDC इनपुट को खिलाया जाता है, अर्थात, अनुपात 1: 4 है;
ट्रांजिस्टर पर वोल्टेज। यह सीमा उपर्युक्त के अनुपात के बारे में थीसिस से निकटता से संबंधित है और इसीलिए ... ट्रांजिस्टर VT1 में न्यूनतम आउटपुट वोल्टेज के बराबर एक नाली-स्रोत वोल्टेज होना चाहिए, और वास्तविक उपकरणों में भी रिपल के लिए कम से कम 20% का मार्जिन होना चाहिए। उच्च-वोल्टेज स्विच में एक बड़ा चैनल प्रतिरोध है, और वोल्टेज और इनपुट वर्तमान के एक बड़े अनुपात के साथ बहुत बड़ा होगा, जिससे ट्रांजिस्टर पर बड़े नुकसान होंगे;
डायोड वोल्टेज। यदि आप कनवर्टर सर्किट को ध्यान से देखते हैं, तो यह स्पष्ट हो जाएगा कि आउटपुट वोल्टेज के बराबर वोल्टेज को वीडी 1 डायोड पर लागू किया जाता है, अर्थात यदि आपके पास 400 वी आउटपुट है, तो डायोड को भी इन 400 वी का सामना करना होगा।

इस संबंध में, इस टोपोलॉजी का एक दिलचस्प प्लस है, क्योंकि चूंकि डायोड उच्च-वोल्टेज है और इसमें मौजूद प्रवाह ट्रांजिस्टर के माध्यम से वर्तमान की तुलना में कई गुना कम है, कई समाधानों में एक Schottky डायोड या SiC डायोड का उपयोग तुल्यकालिक टोपोलॉजी (ट्रांजिस्टर पर आधा पुल) के उपयोग से कम नुकसान की अनुमति देगा। यह 200V या उससे अधिक के आउटपुट के साथ समाधान पर लागू होता है, और टोपोलॉजी का तुल्यकालिक संस्करण मुख्य रूप से केवल लगभग 100V के वोल्टेज तक प्रासंगिक है;
संधारित्र वोल्टेज। यह एक स्पष्ट बिंदु की तरह लगता है, लेकिन सिर्फ मामले में, मैं स्पष्ट कर दूंगा - आउटपुट संधारित्र को आउटपुट के बराबर वोल्टेज का सामना करना होगा, जिसमें कई कार्यों में जहां बढ़ावा दिया जाता है वह 400, 800 और यहां तक कि 1500VDC हो सकता है।

ऊपर से, मुझे लगता है कि यह काफी स्पष्ट है कि एक स्टेप-अप कनवर्टर का उपयोग करना उचित है जब वोल्टेज को अधिकतम 3 ... 4 गुना बढ़ाना आवश्यक है और साथ ही साथ गैल्वेनिक अलगाव की आवश्यकता नहीं है, अन्य मामलों में पहले से ही पुश-पुल या पूर्ण पुल टोपोलोजी की ओर देखना आवश्यक है। बूस्टर कन्वर्टर्स के लिए शक्ति, सिद्धांत रूप में, एक ऊपरी सीमा नहीं है, प्रति मेगावाट मेगावाट के सौर ऊर्जा संयंत्रों के लिए दसियों किलोवाट और इनवर्टर के पीएफसी हैं, जो इस टोपोलॉजी पर बनाए गए हैं।

अध्याय 3 - कनवर्टर के शक्ति भाग की गणना

यह प्रोटोटाइप की विधानसभा के लिए मुख्य शक्ति तत्वों की गणना करने का समय है। एक शक्ति स्रोत के रूप में, मैं एक 12V आउटपुट के साथ एक प्रयोगशाला बिजली की आपूर्ति का उपयोग करूंगा, जैसा कि अगर कोई दोहराना चाहता है, लेकिन कोई एलबीपी नहीं है, तो आप 12 वी 5 ए पर सामान्य चीनी मीन वेल का उपयोग कर सकते हैं। 36V पर एक गरमागरम दीपक और 60 वाट की शक्ति आज एक दृश्य भार के रूप में कार्य करेगी। मैंने विशेष रूप से स्रोत और लोड का चयन किया, ताकि किसी भी गांव में लेआउट को इकट्ठा किया जा सके, जबकि सस्ते और 1: 3 के अनुपात को समझकर। कुल हम निम्नलिखित इनपुट डेटा है:

इनपुट वोल्टेज: 12 वी
आउटपुट वोल्टेज: 36 वी
रेटेड बिजली: 60 w
रूपांतरण आवृत्ति: 100 kHz

गणना और एक गला घोंटना का निर्माण

मैं सबसे दिलचस्प और महत्वपूर्ण के साथ शुरू करूँगा, क्योंकि यह पावर इंडक्शन की गणना के साथ है कि डेवलपर्स को आमतौर पर समस्याएं होती हैं। मैं तुरंत ध्यान देता हूं कि मैं निरंतर चालू मोड (CCM) के लिए अधिष्ठापन मूल्य की गणना करूंगा।

शुरू करने के लिए, चलिए उस कर्तव्य चक्र का अधिकतम मान पाते हैं जिस पर हमारा कनवर्टर काम करेगा। यह मान PWM नियंत्रक द्वारा न्यूनतम इनपुट वोल्टेज के साथ निर्धारित किया जाएगा। उदाहरण के लिए, मैं कनवर्टर को एक स्थिर बिजली आपूर्ति से बिजली देने की योजना बना रहा हूं, फिर वी _मिन = वी _नॉम । यदि आप चुनते हैं, उदाहरण के लिए, एक लीड-एसिड बैटरी, तो वोल्टेज सीमा 10.2 है ... 14.2V, और इस मामले में, आपको गणना के लिए 10.2V मान लेने की आवश्यकता है, क्योंकि यह अधिकतम कर्तव्य चक्र को प्राप्त करेगा। न्यूनतम के लिए मैं 12V के बराबर मान लूंगा । गणना के लिए सूत्र ही सरल है और इस तरह दिखता है:

अब हमें प्रारंभ करनेवाला में तरंग वर्तमान की गणना करने की आवश्यकता है। हिरन कन्वर्टर के बारे में मेरे लेख को जिसने भी पढ़ा वह शायद यह याद रखे कि हम स्वयं इस मूल्य को चुनते हैं और आमतौर पर इसे 20 से 50% तक निर्धारित किया जाता है, मैं 30% की सीमा लूँगा और अब हम वर्तमान मूल्य को जानेंगे:

अब हम अधिष्ठापन के न्यूनतम मूल्य की गणना करते हैं, जिसे निरंतर चालू मोड में बने रहने की आवश्यकता होगी:

थ्रॉटल के निर्माण के लिए मैं 60 की पारगम्यता के साथ कूल म्यू सामग्री से R26 / 14/11 थ्रॉटल (आर रिंग है, और संख्याएँ आयाम हैं) ले जाएगा, आप इसके लिए दस्तावेज डाउनलोड कर सकते हैं और यहां खरीद सकते हैं - लेपकोस ।

अब आइए जानें कि इस न्यूनतम अधिष्ठापन को प्राप्त करने के लिए हमें कितने मोड़ लेने होंगे:

यह उन घुमावों की न्यूनतम संख्या है जिन पर कनवर्टर 12V के न्यूनतम इनपुट वोल्टेज के साथ निरंतर चालू मोड में रहेगा। विश्वसनीयता के लिए, चलो कुछ और मोड़ फेंकते हैं ~~ताकि हम निश्चित रूप से~~ 3 और मोड़, यानी 29 मोड़ को हवा ~~देंगे~~ । आइए जानें कि इतने सारे बदलावों के साथ हम किस इंडक्शन को खत्म करते हैं:

हमें इंडक्शन की एक नई (अंतिम) वैल्यू मिली और टर्न की संख्या, आइए देखें कि क्या हमने इस कोर के लिए इंडक्शन सीमा पार कर ली है:

कोर कूल म्यू सामग्री से बना है जिसके लिए प्रेरण सीमा 0.5 टी है। जैसा कि आप इस कोर के साथ देख सकते हैं, पांच गुना मार्जिन प्राप्त होता है। ~~एन - विश्वसनीयता!~~ इससे हम एक अप्रत्यक्ष निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि 100 kHz की आवृत्ति पर, इस कोर के माध्यम से लगभग 300 वाट पंप किए जा सकते हैं।

अब एक घुमावदार तार पर फैसला करते हैं। मेरे पास मेरे गोदाम में 0.6 मिमी के व्यास के साथ मेरे पसंदीदा तार हैं, जो 0.283 मिमी ² के एक कोर के क्रॉस सेक्शन से मेल खाता है। कोर में औसत वर्तमान लगभग 5 ए होगा, यदि आप इसे एक कोर में लपेटते हैं, तो हमें 5 ए / 0.283 मिमी ² = 17.66 ए / मिमी ² का वर्तमान घनत्व मिलता है, जो थोड़ा अधिक है और प्रारंभ करनेवाला का अत्यधिक हीटिंग होगा। घुमावदार के लिए कई स्थान हैं, कोर बड़ा है, इसलिए मैं इसे 2 कोर में हवा दूंगा, जो वर्तमान घनत्व को 8.83 ए / मिमी ^{2 के} मूल्य से 2 गुना कम कर देगा। यह आपको +20 ^o C के भीतर पर्यावरण के सापेक्ष ओवरहीटिंग प्राप्त करने की अनुमति देगा।

प्रारंभ करनेवाला के सभी मापदंडों को निर्धारित किया गया था: आयाम R26 / 14/11, सामग्री कूल म्यू, 29 की संख्या, 0.6 मिमी के व्यास के साथ घुमावदार तार और 2 कोर में घुमावदार। आइए चलते हैं:

घाव, घुमावदार के अंत को सुरक्षित किया, टेप ने पूरी घुमावदार दर्ज की - किया। यह प्रारंभ करनेवाला के अधिष्ठापन के वास्तविक मूल्य को मापने के लिए बना हुआ है:

आवश्यक मान मिला! अब आप सुरक्षित रूप से आउटपुट क्षमता की गणना के लिए आगे बढ़ सकते हैं। तर्क मूल रूप से सरल है - उत्पादन क्षमता जितनी बड़ी है, उतने ही कम। यह सच है, यह समझना सार्थक है कि यदि आप समाई की गणना के एक से बड़े कई आयामों को लेते हैं, तो समय निरंतर बहुत बड़ा होगा और नियंत्रण प्रणाली (एसयू) सही ढंग से काम नहीं करेगा, इसलिए, हम संधारित्र (C2) के लिए न्यूनतम समाई मूल्य की गणना करते हैं:

200 kHz के भीतर आवृत्तियों पर, जहां सस्ते इलेक्ट्रोलाइट्स अभी भी डाले जा रहे हैं, मैं आमतौर पर इस न्यूनतम मूल्य को 2 ... 3 से गुणा करता हूं और इस मूल्य को निर्धारित करता हूं। वर्तमान कार्य में, मैं डिबगिंग पावर मॉड्यूल का उपयोग करता हूं, और इलेक्ट्रोलाइट्स पहले से ही इस पर स्थापित हैं, जो बूस्ट टोपोलॉजी में आउटपुट कैपेसिटेंस की भूमिका निभाते हैं, जिसके बारे में मैं अगले अध्याय में और अधिक विस्तार से चर्चा करूंगा।

इलेक्ट्रोलाइट्स की कुल क्षमता 3000 μF है, जो इस कार्य में बहुत कुछ है, क्योंकि बोर्ड उच्च शक्ति के लिए डिज़ाइन किया गया था। इतने बड़े आउटपुट कैपेसिटी के साथ, प्रतिक्रिया मीठा नहीं है, लेकिन प्रयोगों के लिए यह होगा।

यह ट्रांजिस्टर के बारे में धाराप्रवाह कहा जाना बाकी है। यह ट्रांजिस्टर के बारे में है! मैं एक आधे-पुल मॉड्यूल का उपयोग करता हूं, और इसलिए एक तुल्यकालिक बूस्टर कनवर्टर लागू करता हूं। मॉड्यूल IPV083N10N5AKSA1 ट्रांजिस्टर से लैस है, जिसमें 100V की एक नाली-स्रोत वोल्टेज है, जो लगभग तीन गुना वोल्टेज की आपूर्ति देती है और इसलिए कार्य को कवर करती है - हम ट्रांजिस्टर VT1 से गुजरते हैं, और डायोड VD1 को एक समान ट्रांजिस्टर द्वारा बदल दिया जाता है और, तदनुसार, हम भी गुजरते हैं।

अध्याय 4 - ड्राइव नियंत्रण के लिए कोड

चूंकि मैं एक अलग लेख में नियंत्रण एल्गोरिदम के बारे में बात करूंगा, आज कनवर्टर को उसी कार्यक्रम द्वारा नियंत्रित किया जाएगा जो लेख में उपयोग किया गया था, जिसमें हिरन टोपोलॉजी के बारे में बात की गई थी, आप यहां पढ़ सकते हैं । कोड अध्याय में, आप HRPWM और ADCs के प्रारंभ के बारे में और साथ ही उनके सिंक्रनाइज़ेशन के बारे में विस्तार से पढ़ सकते हैं।

कोड में परिवर्तन केवल एक ही स्थान पर हुआ, अर्थात् ADC के साथ इंटरप्ट हैंडलर में - कटऑफ थ्रेशोल्ड बदल गया, क्योंकि मैंने एक अलग वोल्टेज विभक्त का उपयोग किया। ठीक है, मैंने शर्त को ठीक किया ताकि कोई अत्यधिक ओवरशूट न हो:

void ADC1_2_IRQHandler (void) { ADC2->ISR |= ADC_ISR_EOC; adcResult = ADC2->DR; if (adcResult >= 3400) { dutyControl = dutyControl - 10; } else { dutyControl = dutyControl + 10; } SetDutyTimerA(dutyControl); }

आपको लेख के अंत में TrueSTUDIO के लिए स्रोत प्रोजेक्ट एक संग्रह के रूप में मिलेगा। अब जब कि कनवर्टर के संचालन का सिद्धांत विघटित हो गया है, सभी घटकों को गिना गया है, एक नियंत्रण कार्यक्रम है, आप लेआउट को इकट्ठा करना शुरू कर सकते हैं और इसे संचालन और परिणामों की शुद्धता के लिए परीक्षण कर सकते हैं।

अध्याय 5 - लेआउट को असेंबल करना और कनवर्टर के संचालन का परीक्षण करना

हम सबसे दिलचस्प और रंगीन चरण के लिए आगे बढ़ते हैं, अर्थात् लेआउट की विधानसभा और प्रदर्शन का सत्यापन। लेख की शुरुआत में, मैंने हिरन और बूस्ट टोपोलॉजी के बीच संबंधों का उल्लेख किया, चलो अब इसका विश्लेषण करते हैं, क्योंकि आधे-पुल मॉड्यूल पर, यह बेहद स्पष्ट है। सबसे पहले, हिरन कनवर्टर सर्किट को देखें:

ग्रीन फ्रेम आधे-पुल के पावर मॉड्यूल पर स्थापित घटकों को हाइलाइट करता है, जैसा कि आप यहां देख सकते हैं कि C1 एक इनपुट कैपेसिटी के रूप में कार्य करता है, और कैपेसिटर C2 आउटपुट के रूप में। अब एक बढ़ावा कनवर्टर सर्किट आकर्षित करते हैं:

कौन चौकस है और क्या देखा है? हां, सिद्धांत रूप में, कुछ भी नहीं बदला है, अजीब तरह से पर्याप्त है, केवल अंतर यह है कि इनपुट और आउटपुट ने स्थान बदल दिए हैं। जैसा कि आप देख सकते हैं, टोपोलॉजी स्वयं समान हैं, और एक और दिलचस्प संपत्ति इस प्रकार है - यदि एक तुल्यकालिक टोपोलॉजी लागू होती है, तो कनवर्टर एक द्विदिश कनवर्टर के रूप में काम कर सकता है!

एक उदाहरण? आराम से! एक यूएसबी और ली-आयन बैटरी के साथ एक पोर्टेबल डिवाइस की कल्पना करें। जब USB कनेक्ट होता है, तो कनवर्टर हिरन मोड में काम करता है और बैटरी को चार्ज करता है, जैसे ही USB केबल काट दिया जाता है, कनवर्टर बूस्ट मोड में चला जाता है और इसे 5V से 5V तक ले जाता है जिससे डिवाइस संचालित होता है। वापस कूल! और बहुत सारे समान कार्य हैं जहां यह सुविधा उपयोगी है।

मैंने दूसरी योजना के अनुसार लेआउट को इकट्ठा किया, और इसमें कैपेसिटर सी 1 सिर्फ आउटपुट कैपेसिटेंस है, अर्थात, यह पहले से ही स्थापित है और यह मॉड्यूल पर एक चोक फेंकने के लिए पर्याप्त है, जिसे हमने बनाया था और इनपुट कैपेसिटेंस। इनपुट कैपेसिटेंस C2 की भूमिका में, मैंने 4700 μF 25V में इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की एक जोड़ी का उपयोग किया और अंत में मुझे पावर यूनिट का यह मॉडल मिला:

अब हम नियंत्रण मॉड्यूल और पावर स्रोत को पावर पार्ट से जोड़ते हैं, इस मामले में प्रयोगशाला बिजली की आपूर्ति:

अब हम फ़र्मवेयर को माइक्रोकंट्रोलर में भरेंगे, प्रयोगशाला तकनीशियन से पावर अप्लाई करेंगे, 45,000 में से 30,000 का फिल फैक्टर सेट करेंगे, जो हमारे फॉर्मूले के अनुसार इनपुट वोल्टेज को 3 गुना बढ़ा देगा: V _out = 12V / (1 - 0.66 = = 12 / 0.33 = 36) 36B। उसके बाद, हम देखते हैं कि दीपक उज्ज्वल रूप से रोशनी करता है:

अब हम आस्टसीलस्कप को एक ही बिंदु से जोड़ते हैं और निम्नलिखित परिणाम देखते हैं:

जैसा कि आप देख सकते हैं, डिवाइस सही ढंग से काम करता है: वोल्टेज वास्तव में 3 गुना बढ़ गया, इनपुट की खपत लगभग 60 वाट है ( हाँ, मुझे पता है कि दीपक को 36V "परिवर्तन" की आवश्यकता है ), दीपक स्वयं 1.61 ए की वर्तमान खपत करता है। स्पष्टता के लिए, मैं काम करने के लिए एक छोटा वीडियो छोड़ दूंगा :

यह पता लगाना बाकी है कि इन शर्तों के तहत कनवर्टर कितना गर्म होता है। मैंने सुझाव दिया कि ओवरहीटिंग कम से कम होगी, जैसा कि सब कुछ सही ढंग से गणना किया गया था, और घटकों को एक मार्जिन के साथ लिया गया था, इसलिए उन्होंने तापमान क्षेत्र के विपरीत को बढ़ाने के लिए पर्यावरण में ट्रांसड्यूसर को लगभग + 10 ^o C के तापमान के साथ रखा।

परीक्षण के लिए कार्यप्रणाली सरल है और इसमें तीन चरण हैं:

मैं कनवर्टर को +10 ^o C के तापमान वाले वातावरण में रखता हूं और तब तक प्रतीक्षा करता हूं जब तक यह ठंडा न हो जाए और सामान्य पृष्ठभूमि के खिलाफ थर्मल इमेजर में लगभग अप्रभेद्य हो जाए;
मैं कनवर्टर चालू करता हूं, इसे 5 मिनट के लिए काम करने देता हूं और कनवर्टर के सामान्य दृश्य और अलग से बिजली के घटकों को मापता हूं;
मैं कनवर्टर को एक और 1 घंटे के लिए काम करने के लिए छोड़ देता हूं और इसे फिर से मापता हूं, देखें कि घटकों का तापमान कितना बढ़ गया है।

इस प्रयोग के बाद, निरंतर संचालन में कनवर्टर को संचालित करने की संभावना के बारे में अनुमानित निष्कर्ष निकालना संभव होगा, साथ ही यह समझना होगा कि उपकरण परिवेश के तापमान के संबंध में कैसे ओवरहीट करता है, जिससे उच्च परिवेश के तापमान पर डिवाइस के व्यवहार की भविष्यवाणी करना संभव होगा। और तो चलिए शुरू करते हैं:

माप संख्या 1 - ट्रांसड्यूसर को एक वातावरण में + 10 ^o C के तापमान के साथ रखा गया था:

यह देखा जा सकता है कि बोर्ड लगभग पूरी तरह से पर्यावरण के साथ विलय कर रहे हैं, जिसका अर्थ है कि आप चालू कर सकते हैं और रेटेड लोड के तहत पहले से ही कनवर्टर के तापमान का मूल्यांकन शुरू कर सकते हैं।
मापन संख्या 2 - कनवर्टर 5 मिनट के लिए 100% रेटेड लोड पर संचालित होता है, परिवेश का तापमान +10 ^o C के बारे में होता है:

ऑपरेशन के 5 मिनट बाद, चित्र अधिक विपरीत हो गया और यह स्पष्ट रूप से कनवर्टर और मुख्य हीटिंग घटकों दोनों को दर्शाता है। ओवरहेटिंग रिकॉर्ड धारकों को अलग-अलग dc / dc / ट्रांजिस्टर चालकों के लिए +29 ^o के तापमान के साथ पृथक किया गया, लेकिन वहाँ कुछ भी नहीं है, क्योंकि ताप ताप +20 ... 30 ^o उनके लिए नाममात्र है, जो प्रलेखन में परिलक्षित होता है। दूसरे स्थान पर एक चोक द्वारा कब्जा कर लिया गया है, जिसका तापमान 5:29 ... 29 ^o है, जो अच्छे से अधिक है, क्योंकि अक्सर काम करने वाले चोक्स अच्छी तरह से +80 के स्तर तक पहुंच सकते हैं ... 100 ^o । रेडिएटर का तापमान +20 ... 21 ^o C होता है, और ट्रांजिस्टर केवल एक डिग्री गर्म होते हैं, और शायद कम, क्योंकि कोई भी थर्मल इमेजर वास्तव में दुनिया का सबसे सटीक उपकरण नहीं है।
मापन संख्या 3 - कनवर्टर 1 घंटे के लिए 100% रेटेड लोड पर संचालित होता है, परिवेश का तापमान + 10 ^o C: होता है

एक घंटे के ऑपरेशन के बाद, तापमान बढ़ता गया और बस गया, मैंने इसे 3 घंटे के बाद मापने की कोशिश की, लेकिन परिणाम नहीं बदला, या बल्कि, माप त्रुटि के स्तर पर परिवर्तन, इसलिए मैंने इस चरण को नहीं जोड़ा। इस बीच, चलो तापमान को देखने के बाद कनवर्टर नाममात्र मोड में ~~मंडरा गति तक पहुंचता~~ है।

रेडिएटर का तापमान +4 ^o C बढ़ गया, और ट्रांजिस्टर इसके साथ "विलीन" हो गए, क्योंकि सब कुछ गर्म हो गया और गर्मी का प्रवाह समान रूप से वितरित किया गया। पृथक dc / dc पर तापमान +9 ^o तक बढ़ गया और वे ओवरहीटिंग के पासपोर्ट संकेतकों तक पहुंच गए, यहां तक कि मार्जिन कुछ डिग्री पर रहा। गला के तापमान में +3 ^o C की वृद्धि हुई।

आइए संक्षेप में ... ट्रांजिस्टर का तापमान सामान्य है, जिसका अर्थ है कि नुकसान दयनीय हैं और पावर मॉड्यूल स्वयं सही ढंग से काम करता है, धाराओं के माध्यम से कोई समस्या नहीं है, ट्रांजिस्टर की स्थापना के साथ कोई समस्या नहीं है, वैसे, वे MX-4 थर्मल पेस्ट की एक बूंद में सिरेमिक सब्सट्रेट पर बैठे हैं, आपको बहुत सारे पेस्ट को जोड़ने की आवश्यकता नहीं होगी। और बुरा होगा।

प्रारंभ करनेवाला का तापमान भी सामान्य है, जिसका अर्थ है कि इंडक्शन सही ढंग से गणना की गई थी और कोर आयामों को भी उपयुक्त ~~हाँ का~~ उपयोग किया गया था ~~, 5-गुना मार्जिन के साथ :))~~ , यानी यह संतृप्त नहीं होता है और चालू घनत्व के मूल्य के साथ घुमावदार ज़्यादा गरम नहीं करता है।

बोनस जिज्ञासु

थर्मल इमेजर में एक प्रकाश बल्ब रखें :))

निष्कर्ष

आज मैंने कन्वर्टर्स के अगले टोपोलॉजी की जांच की, मुझे उम्मीद है कि पारंपरिक और डीएसपी नियंत्रित बूस्टर कन्वर्टर्स को विकसित करते समय सामग्री आपके लिए एक उपयोगी धोखा शीट बन जाएगी। अगली बार जब मैं एक पूर्ण पुल या पूर्ण पुल की समान रूप से लोकप्रिय, और शायद सबसे उपयोगी, टोपोलॉजी के बारे में बात करने की योजना बना रहा हूं, तो मैं ट्रांसफार्मर की गणना और इसे बनाने के तरीके के बारे में बात करूंगा।

लेख के लिए सामग्री बनाने में समर्थन के लिए, मैं पारंपरिक रूप से कंपनी पीसीबीवे को धन्यवाद देना चाहता हूं , जो अपने बोर्डों और स्टेंसिल के साथ मेरे लिए लेआउट बनाने की प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाता है।

और सबसे महत्वपूर्ण बात - पावर मॉड्यूल के स्रोत कोड, नियंत्रण बोर्ड और स्वयं कोड, हमेशा की तरह, सभी को देखने के लिए उपलब्ध हैं। अब तक, केवल अभिलेखागार के रूप में, आप अपने हाथों को कैसे प्राप्त करते हैं, आपको अंततः गिटब पर एक रिपॉजिटरी बनाने की आवश्यकता है।

डीएसपी पर बढ़ावा कनवर्टर का विकास: संचालन, गणना, प्रोटोटाइप का सिद्धांत