Pengembangan boost converter pada DSP: prinsip operasi, perhitungan, pembuatan prototipe

Saya sudah menulis artikel serupa tentang buck topologi , yaitu, tentang konverter step-down, hari ini ceritanya tentang bagaimana membangun konverter boost (tegangan) dengan kontrol bukan pada pengontrol PWM analog, tetapi pada DSP / MK. Tata letak akan dikompilasi berdasarkan pada " kit pengembangan " saya dengan STM32F334R8T6 di papan dan driver setengah jembatan terisolasi.

Pendahuluan

Pada awalnya, saya ingin mencatat satu poin penting - walaupun artikel itu mengatakan bahwa kontrol dilakukan menggunakan mikrokontroler, ini tidak berarti bahwa perhitungan bagian daya akan agak berbeda dari perhitungan konverter dengan pengontrol PWM analog. Artinya, Anda dapat dengan aman menerapkan prosedur penghitungan dari artikel ini saat menghitung unit daya untuk sembarang konverter boost.

Di dunia nyata, ada banyak tugas yang tidak dapat diselesaikan dengan menggunakan pengontrol PWM analog standar. Contoh favorit saya adalah konverter tegangan dengan algoritma MPPT. Segera setelah tugas kami melampaui ruang lingkup “standar” dan beberapa algoritma kontrol tambahan atau logika kerja muncul, muncul situasi di mana penggunaan DSP menyederhanakan solusi masalah dan pada saat yang sama mengurangi biayanya, dan yang paling penting memungkinkannya diselesaikan secara prinsip.

Perlu sedikit bicara tentang tugas-tugas di mana Anda akan memenuhi dorongan topologi. Topologi itu sendiri diketahui oleh banyak orang dan banyak yang mungkin sudah menerapkannya ketika Anda harus mendapatkan 5V dari 1 sel baterai li-ion, misalnya - Anda menggunakan konverter penambah dc / dc daya rendah. Konverter berdaya rendah seperti itu sering digunakan dalam elektronik digital, IoT, otomatisasi, perangkat berdaya mandiri dan tugas-tugas lainnya.

Yang kedua tidak sepenuhnya jelas, tetapi sangat penting, aplikasi - PFC atau korektor faktor daya. Kebanyakan PFC adalah konverter boost yang paling umum, yang bekerja sesuai dengan algoritma khusus, tetapi pada akhirnya itu memperbaiki dan meningkatkan input 85 ... 265VAC ke + 400VDC. Di masa mendatang, kami juga akan mempertimbangkan ini sebagai contoh.

Pilihan umum lainnya adalah konverter boost dc / dc yang kuat, misalnya, inverter jaringan untuk panel surya dengan MPPT, yang keduanya paling mahal dan paling dicari, terutama digunakan di pembangkit listrik dengan daya dari 5 hingga 1500 kW. Konverter semacam ini dibangun dalam 2 tahap, di mana tahap 1 adalah peningkatan multi-fase dc / dc (google as interleaved), yang biasanya menerima tegangan konstan 200 ... 600VDC pada input dan meningkatkannya menjadi 800VDC yang stabil. Selanjutnya, inverter dc / ac biasa menghasilkan tegangan bolak-balik. Konverter semacam itu dibangun berdasarkan DSP, dan diagram strukturalnya adalah sebagai berikut:



Saya harap Anda mengerti mengapa topologi ini penting bagi pengembang elektronika daya, serta mengapa penting untuk mempelajari cara mengembangkan konverter penambah dengan kontrol berbasis DSP / MK. Sekarang dengan motivasi yang jelas, kita dapat melanjutkan ke studi topologi.

Bab 1 - Prinsip operasi boost converter

Booster boost converter pada prinsipnya identik dengan buck buck converter karena dalam kedua kasus ada dua tahap kerja. Pada tahap 1, energi diakumulasikan dalam induktor sementara beban ditenagai oleh kapasitor keluaran. Pada tahap ke-2, energi ditransfer dari induktor ke beban dan kapasitor output secara bersamaan diisi, yang akan memberikan energi ke beban saat induktor "diisi ulang". Tentu saja, untuk mendapatkan boost converter, perubahan sirkuit diperlukan, mari kita lihat diagram sirkuit dari boost converter:



Pada pandangan pertama, tampaknya bagi Anda bahwa topologi itu tidak seperti uang, tetapi jika Anda melihat lebih dekat, itu akan menjadi jelas bahwa mereka kembar. Maka Anda akan melihat ini dengan lebih jelas, tetapi untuk sekarang, mari kita menganalisis tahapan konverter boost.

• Akumulasi tahapan biaya. Pada saat konverter dihidupkan, kapasitansi output C2 berada di bawah potensi V _in , karena arus mengalir melalui induktor L1 dan dioda VD1. Perangkat kontrol (pengontrol PWM atau DSP) mulai menghasilkan sinyal PWM dan mengumpankannya ke gerbang transistor VT1. Ketika transistor VT1 dibuka, ternyata sirkuit ditutup, L1 induktansi terhubung ke sumber daya dan mulai menumpuk energi. Arus melalui VD1 tidak mengalir, karena potensi di katoda lebih tinggi (sekitar V _in ) daripada potensial di anoda (potensi GND, sekitar 0V).
  
  
  
• Tahap pelepasan induktansi. Sekarang sinyal PWM mengubah nilainya dari 1 ke 0 dan transistor VT1 ditutup. Pada titik ini, induktor L1 berusaha untuk mempertahankan nilai saat ini dengan meningkatkan potensial. Pada input induktor, potensial masih V yang sama, dan karena itu potensi tumbuh pada titik "throttle-drain VT1-anode VD1". Ketika potensial pada titik ini menjadi lebih besar dari potensial pada katoda VD1, arus mulai mengalir melalui VD1 ke beban dan secara bersamaan mengisi kapasitansi output C2. Pada tahap ini, sirkuit juga menutup, tetapi tidak melalui VT1, tetapi melalui jalur "L1-VD1-C2-load":
  
  
  

Lebih lanjut, tahap-tahap ini hanya bergantian dan konverter berfungsi. Bagi yang tidak mengerti apa-apa, saya akan menjelaskan bagaimana voltase naik. Pada saat VT1 ditutup, throttle mulai mengeluarkan dan pada saat ini "debit" tegangan di atasnya cenderung hingga tak terbatas. Ya, ini dalam sistem yang ideal, tetapi dalam kehidupan nyata tegangan akan dibatasi oleh tahanan beban, yang dihubungkan secara seri dengan induktor dan dioda, dan juga, jika ada kontrol, juga umpan balik.

Masih harus ditambah dengan tahap penyimpanan energi. Pada saat dinyalakan, praktis tidak ada energi yang tersimpan dalam kapasitor output C2, tetapi setelah tahap pertama dari buangan itu diisi dan potensial pada itu sama dengan V _out , yang berarti bahwa pada tahap penyimpanan energi selanjutnya kapasitas ini C2 akan menyediakan energi dengan beban, sebagai akibatnya tidak akan ada gangguan dalam beban mendapatkan energi. Dari sini dapat disimpulkan bahwa C2 harus memiliki kapasitas sedemikian sehingga energi yang tersimpan cukup untuk memberikan daya pada beban selama durasi pembukaan transistor (t _on ). Sesuai dengan yang dijelaskan di atas, mulai dari putaran kedua tahap berulang, tahap akumulasi biaya terlihat seperti ini:



Seperti yang Anda lihat, dua sirkuit tertutup diperoleh. Sirkuit "merah" menutup melalui VT1 dan throttle diisi, dan sirkuit "hijau" menutup melalui beban. "Pencampuran" proses / energi dalam kasus ini tidak terjadi karena kehadiran dioda VD1, karena setiap saat, potensi di katoda VD1 akan lebih tinggi daripada potensial di anoda.

Sekarang mari kita mencari tahu apa yang terjadi dengan tegangan, apa hubungan tegangan output dengan tegangan pada input konverter. Seperti halnya konverter buck, boost kami memiliki ketergantungan linear dari tegangan output pada input, dan koefisien transmisi sama dengan rasio tugas:



Seperti yang Anda lihat, hubungannya sederhana dan mudah, sehingga Anda dapat menyesuaikan tegangan output hanya dengan mengubah siklus kerja sinyal PWM kami. Dari rumus regulasi, algoritme juga mengikuti:

• Untuk meningkatkan tegangan pada output - perlu untuk meningkatkan siklus tugas;
• Untuk mengurangi tegangan pada output - perlu untuk mengurangi siklus tugas.

Sekarang kita mengerti bagaimana boost converter bekerja dan logika untuk mengontrol tegangan output. Untuk mengkonsolidasikan pengetahuan, kami akan menganalisis beberapa percobaan pada osiloskop dan melihat dependensi ini dalam praktik.

Mari kita ambil sumber tegangan 10V yang stabil, misalnya, catu daya laboratorium, untuk tujuan ilustrasi, dan menerapkan sinyal PWM ke transistor VT1, siklus tugas yang akan diubah selama percobaan. Probe osiloskop terhubung ke titik-titik berikut dalam rangkaian:

• Pengalaman No. 1. Tegangan input (V _in ) adalah 12V, siklus kerja sinyal PWM adalah 0,75:
  
  
  
• Pengalaman No. 2. Tegangan input (V _in ) adalah 12V, siklus tugas sinyal PWM adalah 0,5:
  
  
  
• Pengalaman No. 3. Tegangan input (V _in ) adalah 12V, siklus kerja sinyal PWM adalah 0,25:
  
  
  

Sekarang kita telah melihat dalam prakteknya bahwa tegangan output secara linear tergantung pada siklus tugas, dan oleh karena itu kita dapat membangun sistem kontrol (CS) yang akan memonitor tegangan output menggunakan ADC dan, tergantung pada nilai yang diukur, kurangi atau tambah (tugas).

Bab 2 - Batasan desain konverter boost

Seperti yang Anda pahami, topologi yang ideal tidak ada, jika tidak maka tidak akan ada banyak dan semua orang hanya akan menggunakannya, misalnya, jembatan penuh. Dalam hal ini, boost konverter juga memiliki sejumlah fitur yang memberlakukan pembatasan penggunaan topologi ini:

• Tegangan output tidak boleh melebihi input lebih dari 3 ... 4 kali.
  Para ahli pasti akan berlari di sini dan memberi tahu bagaimana mereka meningkatkan tegangan boost-ohm dari + 5V sebanyak + 180V menggunakan MC34063 dalam arloji IN-12! Ini memang luar biasa, tetapi mari kita perkirakan siklus tugas untuk kasus ini, untuk menaikkan tegangan dari 5V ke 180V, Anda perlu membuat konverter bekerja pada koefisien sekitar 0,972 (!). Saya pikir tidak perlu mengatakan bahwa ini adalah ide yang buruk, bahwa pada frekuensi tinggi transien selama switching transistor akan memiliki durasi yang sebanding, dan mungkin bahkan lebih lama.
  
  Juga, dengan faktor tugas seperti itu, ternyata transistor hampir selalu terbuka, yang berarti arus mengalir melaluinya dan kita mendapatkan nilai maksimum yang mungkin dari kerugian statis, dan karenanya efisiensi yang rendah.
  
  Apa sebenarnya yang menyebabkan ... pada daya rendah (kasus yang sama dengan mc34063), operasi tidak stabil, keandalan rendah, riak arus, dan efisiensi rendah dikombinasikan dengan peningkatan pemanasan elemen daya dijamin. Pada daya tinggi - cewek.
  
  Sebagai contoh, perhatikan PFC, mereka semua bekerja dengan rasio maksimum 1: 4, yaitu input universal yang sama 85 ... 265VAC atau regulator tegangan dengan 90 ... 310VAC. Sebagai contoh, Anda dapat mempertimbangkan inverter jaringan dengan MPPT, di mana ketika output 800V, 200 ... 600VDC diumpankan ke input, yaitu rasionya 1: 4;
• Tegangan pada transistor. Keterbatasan ini terkait erat dengan tesis tentang rasio di atas dan itulah sebabnya ... Transistor VT1 harus memiliki tegangan sumber saluran sama dengan tegangan output minimum, dan pada perangkat nyata juga memiliki margin setidaknya 20% untuk riak. Switch tegangan tinggi memiliki resistansi saluran yang besar, dan dengan rasio tegangan dan arus input yang besar akan sangat besar, yang akan menyebabkan kerugian besar pada transistor;
• Tegangan dioda. Jika Anda hati-hati melihat rangkaian konverter, akan menjadi jelas bahwa tegangan sama dengan tegangan output diterapkan pada dioda VD1, yaitu, jika Anda memiliki output 400V, maka dioda juga harus menahan 400V ini.
  
  Dalam hal ini, topologi ini memiliki nilai tambah yang menarik, karena Karena dioda bertegangan tinggi dan arus mengalir di dalamnya beberapa kali lebih rendah daripada arus melalui transistor, dalam banyak solusi penggunaan dioda Schottky atau dioda SiC akan memungkinkan kerugian yang lebih rendah daripada penggunaan topologi sinkron (setengah jembatan pada transistor). Ini berlaku untuk solusi dengan output 200V atau lebih, dan versi sinkron topologi terutama relevan hanya hingga tegangan sekitar 100V;
• Tegangan kapasitor. Sepertinya poin yang jelas, tetapi untuk berjaga-jaga, saya akan mengklarifikasi - kapasitor output harus tahan terhadap tegangan yang sama dengan output, yang dalam banyak tugas di mana dorongan diterapkan dapat 400, 800, dan bahkan 1500VDC.

Dari penjelasan di atas, saya pikir cukup jelas bahwa menggunakan konverter step-up adalah hal yang masuk akal ketika Anda perlu meningkatkan tegangan maksimal 3 ... 4 kali dan pada saat yang sama tidak memerlukan isolasi galvanik, dalam kasus lain Anda harus melihat ke arah push-pull atau topologi jembatan penuh. Kekuatan untuk meningkatkan konverter, pada prinsipnya, tidak memiliki batas atas, ada PFC puluhan kilowatt dan inverter untuk pembangkit listrik tenaga surya per megawatt, yang dibangun di atas topologi ini.

Bab 3 - Penghitungan bagian daya Konverter

Sudah waktunya untuk menghitung elemen kekuatan utama untuk perakitan prototipe. Sebagai sumber daya, saya akan menggunakan catu daya laboratorium dengan output 12V, sebagai jika seseorang ingin mengulang, tetapi tidak ada LBP, maka Anda dapat menggunakan Chinese Mean Well yang biasa pada 12V 5A. Lampu pijar pada 36V dan daya 60 watt akan bertindak sebagai beban visual hari ini. Saya secara khusus memilih sumber dan memuat sehingga tata letak dapat dirakit di desa mana pun, sementara murah dan tahan rasio 1: 3. Total kami memiliki data input berikut:

• Tegangan input: 12V
• Tegangan output: 36 V
• Nilai kekuatan: 60w
• Frekuensi Konversi: 100 kHz

Perhitungan dan pembuatan throttle

Saya akan mulai dengan yang paling menarik dan penting, karena Dengan perhitungan induktansi daya yang biasanya pengembang memiliki masalah. Saya segera mencatat bahwa saya akan menghitung nilai induktansi untuk mode berkelanjutan saat ini (CCM).

Untuk memulai, mari cari nilai maksimum dari siklus tugas tempat konverter kami akan bekerja. Nilai ini akan ditetapkan oleh pengontrol PWM dengan tegangan input minimum. Sebagai contoh, saya berencana untuk menyalakan konverter dari catu daya yang distabilkan, kemudian V _min = V _nom . Jika Anda memilih, misalnya, baterai timbal-asam, maka rentang tegangannya adalah 10.2 ... 14.2V, dan dalam hal ini, Anda perlu mengambil nilai 10.2V untuk perhitungan, karena itu akan mencapai siklus tugas maksimum. Untuk minimum saya akan mengambil nilai sama dengan 12V . Rumusnya sendiri untuk perhitungannya sederhana dan terlihat seperti ini:



Sekarang kita perlu menghitung arus riak di induktor. Siapa pun yang membaca artikel saya tentang buck converter mungkin ingat bahwa kami memilih nilai ini sendiri dan biasanya diletakkan dari 20 hingga 50%, saya akan mengambil kisaran 30% dan sekarang kami akan menemukan nilai saat ini:



Sekarang kita menghitung nilai minimum dari induktansi, yang akan diperlukan untuk tetap dalam mode kontinu saat ini:



Untuk pembuatan throttle saya akan mengambil throttle R26 / 14/11 (R adalah cincin, dan angka adalah dimensi) dari bahan Kool Mu dengan permeabilitas 60, Anda dapat mengunduh dokumentasi untuk itu dan membeli di sini - Lepkos .



Sekarang mari kita cari tahu berapa banyak putaran yang kita butuhkan untuk mendapatkan induktansi minimum ini:



Ini adalah jumlah minimum belokan di mana konverter akan tetap dalam mode arus kontinu dengan tegangan input minimum 12V. Untuk keandalan, mari kita lakukan beberapa putaran lagi sehingga kita pasti akan memutar 3 putaran lagi, yaitu 29 putaran . Mari kita cari tahu induktansi apa yang kita dapatkan dengan begitu banyak putaran:



Kami mendapat nilai (final) baru dari induktansi dan jumlah putaran, mari kita periksa apakah kita telah melewati batas induksi untuk inti ini:



Inti terbuat dari bahan Kool Mu yang batas induksinya 0,5 T. Seperti yang Anda lihat dengan inti ini, margin lima kali lipat diperoleh. N - keandalan! Dari sini kita dapat membuat kesimpulan tidak langsung bahwa pada frekuensi 100 kHz, sekitar 300 watt dapat dipompa melalui inti ini.

Sekarang mari kita memutuskan kawat yang berliku. Saya memiliki banyak kawat favorit saya dengan diameter 0,6 mm di gudang saya, yang sesuai dengan penampang satu inti 0,283 mm ² . Arus rata-rata di inti akan sekitar 5A, masing-masing, jika Anda membungkusnya dalam satu inti, kami mendapatkan kerapatan arus 5A / 0,283 mm ² = 17,66 A / mm ² , yang sedikit banyak dan akan terjadi pemanasan berlebihan pada induktor. Ada banyak tempat untuk berliku, intinya besar, jadi saya akan memutarnya menjadi 2 inti , yang akan mengurangi kerapatan arus sebanyak 2 kali hingga nilai 8,83 A / mm ² . Ini akan memungkinkan Anda untuk mendapatkan kepanasan relatif terhadap lingkungan dalam +20 ^o C.

Semua parameter induktor ditentukan: dimensi R26 / 14/11, bahan Kool Mu, jumlah belitan 29, kawat belitan dengan diameter 0,6 mm dan belitan dalam 2 inti. Mari kita berliku:



Luka, mengamankan ujung belitan, rekaman itu merekam seluruh belitan - selesai. Tetap untuk mengukur nilai aktual induktansi induktor:



Dapatkan nilai yang diperlukan! Sekarang Anda dapat melanjutkan ke penghitungan kapasitas output dengan aman. Logikanya pada dasarnya sederhana - semakin besar kapasitas output, semakin rendah riaknya. Benar, perlu dipahami bahwa jika Anda mengambil kapasitansi beberapa kali lipat lebih besar dari yang dihitung, konstanta waktu akan terlalu besar dan sistem kontrol (SU) tidak akan berfungsi dengan benar, oleh karena itu, kami menghitung nilai kapasitansi minimum untuk kapasitor (C2):



Pada frekuensi dalam 200 kHz, di mana elektrolit murah masih dimasukkan, saya biasanya mengalikan nilai minimum ini dengan 2 ... 3 dan mengatur nilai ini. Dalam tugas saat ini, saya menggunakan modul daya debugging, dan elektrolit sudah diinstal di atasnya, yang memainkan peran kapasitansi output dalam topologi boost, yang akan saya bahas lebih terinci pada bab berikutnya.

Total kapasitas elektrolit adalah 3000 μF, yang banyak dalam tugas ini, karena papan dirancang untuk daya yang lebih tinggi. Dengan kapasitansi keluaran yang sedemikian besar, umpan balik tidak manis, tetapi untuk eksperimen akan demikian.

Masih harus dikatakan lancar tentang transistor. Ini tentang transistor! Saya menggunakan modul setengah jembatan, dan karenanya menerapkan konverter boost yang sinkron. Modul-modul tersebut dilengkapi dengan transistor IPP083N10N5AKSA1 dengan sumber tegangan 100V, yang memberikan pasokan tegangan hampir tiga kali lipat dan karenanya mencakup tugas - kami melewati transistor VT1, dan diode VD1 diganti oleh transistor yang sama dan, oleh karena itu, kami juga lulus.

Bab 4 - Kode untuk Kontrol Drive

Karena saya akan berbicara tentang algoritma kontrol dalam artikel terpisah, hari ini konverter akan dikontrol oleh program yang sama yang digunakan dalam artikel, yang berbicara tentang topologi uang, Anda dapat membaca di sini . Dalam bab kode, Anda dapat membaca secara detail tentang inisialisasi HRPWM dan ADC, serta sinkronisasi mereka.

Perubahan kode hanya terjadi di satu tempat, yaitu di interrupt handler dengan ADC - ambang batas cutoff berubah, karena Saya menggunakan pembagi tegangan yang berbeda. Yah, saya memperbaiki kondisi sehingga tidak ada overshoot yang berlebihan:

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); } 

Anda akan menemukan proyek sumber untuk TrueSTUDIO di akhir artikel sebagai arsip. Sekarang prinsip pengoperasian konverter telah dibongkar, semua komponen telah dihitung, ada program kontrol, Anda dapat mulai merakit tata letak dan mengujinya untuk operabilitas dan kebenaran hasilnya.

Bab 5 - Merakit tata letak dan menguji operasi konverter

Kami melanjutkan ke tahap yang paling menarik dan penuh warna, yaitu perakitan tata letak dan verifikasi kinerja. Di awal artikel, saya menyebutkan hubungan antara buck dan boost topologi, sekarang mari kita menganalisis ini, karena pada modul setengah jembatan, ini sangat jelas. Pertama, mari kita lihat sirkuit buck converter:



Bingkai hijau menyoroti komponen yang dipasang pada modul daya setengah jembatan , seperti yang Anda lihat di sini C1 bertindak sebagai kapasitansi input, dan kapasitor C2 sebagai output. Sekarang mari kita menggambar rangkaian konverter boost:



Siapa yang penuh perhatian dan memperhatikan apa yang telah berubah? Ya, pada prinsipnya, tidak ada yang berubah, anehnya, satu-satunya perbedaan adalah input dan output telah berubah tempat. Seperti yang Anda lihat, topologi itu sendiri identik, dan properti menarik lainnya mengikuti dari ini - jika topologi sinkron diterapkan, maka konverter dapat berfungsi sebagai konverter dua arah!

Sebuah contoh? Mudah! Bayangkan sebuah perangkat portabel dengan USB dan baterai Li-ion. Ketika USB terhubung, konverter beroperasi dalam mode buck dan mengisi baterai, segera setelah kabel USB dilepas, konverter beralih ke mode boost dan mengangkatnya dari 5V ke 5V dari mana perangkat dinyalakan. Keren! Dan ada banyak tugas serupa di mana fitur ini bermanfaat.

Saya menyusun tata letak sesuai dengan skema kedua, dan di dalamnya kapasitor C1 hanyalah kapasitansi keluaran, yaitu sudah terpasang dan cukup untuk melemparkan choke pada modul, yang kami buat dan kapasitansi input. Dalam peran kapasitansi input C2, saya menggunakan sepasang kapasitor elektrolitik pada 4700 μF 25V dan pada akhirnya saya mendapatkan model unit daya ini:



Sekarang kita menghubungkan modul kontrol dan sumber daya ke bagian daya, dalam hal ini catu daya laboratorium:



Sekarang kita akan mengisi firmware ke dalam mikrokontroler, menerapkan daya dari teknisi laboratorium, mengatur faktor pengisian 30.000 dari 45.000, yang menurut rumus kami akan meningkatkan tegangan input sebanyak 3 kali: V _out = 12V / (1 - 0.66) = 12 / 0.33 = 36, 36B. Setelah itu, kita melihat bahwa lampu menyala terang:



Sekarang kita hubungkan osiloskop ke titik yang sama dan lihat hasil berikut:



Seperti yang Anda lihat, perangkat bekerja dengan benar: tegangan benar-benar meningkat 3 kali, konsumsi input sekitar 60 watt ( ya, saya tahu bahwa lampu membutuhkan 36 "perubahan" ), lampu itu sendiri mengkonsumsi arus 1,61 A. Untuk kejelasan, saya akan meninggalkan video pendek untuk bekerja :


Tetap mencari tahu berapa banyak konverter memanas dalam kondisi ini. Saya menyarankan overheating minimal semuanya dihitung dengan benar, dan komponen diambil dengan margin, jadi dia menempatkan transduser di lingkungan dengan suhu sekitar + 10 ^o C untuk meningkatkan kontras medan suhu.

Metodologi untuk pengujian ini sederhana dan terdiri dari tiga tahap:

• Saya menempatkan konverter di lingkungan dengan suhu +10 ^o C dan menunggu sampai dingin dan menjadi hampir tidak bisa dibedakan dalam imager termal dengan latar belakang umum;
• Saya menyalakan konverter, membiarkannya bekerja selama 5 menit dan mengukur tampilan umum konverter dan secara terpisah komponen daya;
• Saya membiarkan konverter bekerja selama 1 jam lagi dan mengukurnya lagi, lihat berapa banyak suhu komponen telah meningkat.

Setelah percobaan ini, akan mungkin untuk menarik kesimpulan perkiraan tentang kemungkinan mengoperasikan konverter dalam operasi berkelanjutan, serta untuk memahami bagaimana perangkat terlalu panas sehubungan dengan suhu sekitar, yang akan memungkinkan untuk memprediksi perilaku perangkat pada suhu sekitar yang lebih tinggi. Jadi mari kita mulai:

• Pengukuran No. 1 - transduser ditempatkan di lingkungan dengan suhu sekitar + 10 ^o C:
  
  
  
  Dapat dilihat bahwa papan hampir sepenuhnya bergabung dengan lingkungan, yang berarti Anda dapat menghidupkan dan mulai mengevaluasi suhu konverter yang sudah berada di bawah nilai beban.
  
• Pengukuran No. 2 - konverter beroperasi pada 100% nilai beban selama 5 menit, suhu sekitar +10 ^o C:
  
  
  
  Setelah 5 menit operasi, gambar menjadi lebih kontras dan dengan jelas menunjukkan konverter itu sendiri dan komponen pemanas utama. Pemegang rekor overheating menjadi terisolasi dc / dc untuk driver transistor dengan suhu +29 ^o , tetapi tidak ada yang aneh di sana, karena suhu terlalu panas +20 ... 30 ^o adalah nominal untuk mereka, yang tercermin dalam dokumentasi. Tempat kedua ditempati oleh choke, suhunya +28 ... 29 ^o which, yang lebih baik, karena seringkali choke yang bekerja dapat mencapai level +80 ... 100 ^o . Suhu radiator +20 ... 21 ^o C, dan transistor hanya lebih panas, dan mungkin lebih sedikit, karena Imager termal apa pun sebenarnya bukan perangkat paling akurat di dunia.
  
• Pengukuran No. 3 - konverter beroperasi pada 100% nilai beban selama 1 jam, suhu sekitar + 10 ^o C:
  
  
  
  Setelah satu jam operasi, suhu tumbuh dan turun, saya mencoba mengukurnya setelah 3 jam, tetapi hasilnya tidak berubah, atau lebih tepatnya, perubahan pada tingkat kesalahan pengukuran, jadi saya tidak menambahkan tahap ini. Sementara itu, mari kita lihat suhu setelah konverter mencapai kecepatan jelajah dalam mode nominal.
  
  Suhu radiator bertambah +4 ^o C, dan transistor "menyatu" dengannya, karena semuanya memanas dan aliran panas didistribusikan secara merata. Suhu pada dc / dc terisolasi tumbuh sebesar +9 ^o dan mereka mencapai indikator paspor terlalu panas, bahkan margin tetap pada beberapa derajat. Suhu throttle meningkat +3 ^o C.
  

Mari kita simpulkan ... Suhu transistor normal, yang berarti bahwa kerugiannya menyedihkan dan modul daya itu sendiri bekerja dengan benar, tidak ada arus, tidak ada masalah dengan pemasangan transistor, ngomong-ngomong, mereka duduk di substrat keramik dalam setetes pasta termal MX-4, Anda tidak perlu menambahkan banyak pasta - akan lebih buruk.

Suhu induktor juga normal, yang berarti bahwa induktansi dihitung dengan benar dan dimensi inti juga digunakan sesuai ya, dengan margin 5 kali lipat :)) , yaitu, tidak jenuh dan belitan tidak terlalu panas dengan nilai arus kerapatan saat ini.

Kesimpulan

Hari ini saya memeriksa topologi konverter berikutnya, saya berharap materi tersebut akan menjadi lembar contekan yang berguna bagi Anda ketika mengembangkan konverter boost terkontrol konvensional dan yang dikendalikan DSP. Lain kali saya berencana untuk berbicara tentang topologi yang sama-sama populer, dan mungkin paling bermanfaat, jembatan penuh atau jembatan penuh, saya akan berbicara tentang perhitungan transformator dan cara membuatnya.

Untuk dukungan dalam membuat materi untuk artikel ini, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada perusahaan PCBway , yang memfasilitasi proses pembuatan layout untuk saya dengan papan dan stensil saya.



Dan yang paling penting - kode sumber modul daya, papan kontrol, dan kode itu sendiri, seperti biasa, tersedia untuk dilihat semua orang. Sejauh ini, hanya dalam bentuk arsip, bagaimana Anda mendapatkan tangan Anda, Anda akhirnya perlu membuat repositori di github.

• Desain Sumber Modul Altium Designer Power dan Dokumentasi PDF
• Proyek sumber modul kontrol di Altium Designer dan dokumentasi dalam PDF
• Proyek untuk STM32F334R8T6 di TrueSTUDIO