El valor efectivo de la corriente del condensador en el circuito de refuerzo.
El circuito BUCK-BOOST es un circuito de conversión CC/CC de uso común. Su voltaje de salida puede ser menor o mayor que el voltaje de entrada, pero la polaridad del voltaje de salida es opuesta al voltaje de entrada. A continuación analizamos en detalle el principio de BUCK-BOOST, la selección de componentes, ejemplos de diseño y precauciones en aplicaciones prácticas en condiciones ideales.
2Principio del circuito BUCK-BOOST
Diagrama del circuito BUCK-BOOST
Figura 1. Diagrama del circuito BUCK-BOOST
Cuando la potencia Cuando El tubo Q1 está cerrado, la dirección del flujo actual se muestra en el lado izquierdo de la Figura 2. En el extremo de entrada, el inductor L1 está conectado directamente a ambos extremos de la fuente de alimentación. En este momento, la corriente del inductor aumenta gradualmente. Durante el transitorio de encendido, di/dt es muy grande, por lo que el condensador de entrada CIN se alimenta principalmente durante este proceso. En el extremo de salida, COUT depende de su propia descarga para proporcionar energía a RL.
Cuando el transistor de potencia Q1 está apagado, la dirección del flujo de corriente se muestra en el lado derecho de la Figura 2. El terminal de entrada VIN carga el condensador de entrada. En el extremo de salida, dado que la corriente del inductor no puede cambiar repentinamente, el inductor suministra energía al condensador de salida COUT y a la carga RL a través del tubo de circulación libre D1.
Una vez que el sistema funciona de manera estable, se conserva el voltio-segundo del inductor. Cuando Q1 está encendido, el voltaje del inductor es igual al voltaje de entrada VIN; cuando Q1 está apagado, el voltaje del inductor es igual al voltaje de salida VOUT. Sea T el período, TON el tiempo de encendido, TOFF el tiempo de apagado, D el ciclo de trabajo (D=TON/T), lo mismo a continuación.
■De la conservación de voltios segundos del inductor:
VIN*TON=VOUT*TOFF
VIN*D*T=VOUT*(1-D) * T
■De esto podemos obtener:
VOUT=D/(1-D)*VIN
D=VOUT/(VOUT VIN )
Cuando el ciclo de trabajo es inferior a 0,5, el voltaje de salida se reduce; cuando el ciclo de trabajo es superior a 0,5, el voltaje de salida aumenta. La fórmula anterior solo considera el valor absoluto del voltaje y no considera la dirección del voltaje de salida.
Figura 2. Flujo de corriente de BUCK-BOOST
Q1 cerrado
Q2 abierto
Cálculo del componente 3BUCK-BOOST y varios puntos Forma de onda ( modo continuo de corriente del inductor)
Lo siguiente se analiza en el modo continuo de corriente del inductor, es decir, CCM.
Primero, echemos un vistazo a las formas de onda de cada punto en condiciones ideales:
Figura 3. Formas de onda de corriente y voltaje de los componentes clave
Inductor L1
Por lo general, ΔI se puede tomar como 0,3 veces IIN IOUT Cuando se enciende, el voltaje del inductor es igual al voltaje de entrada y la inductancia del inductor se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
L=(D*VIN)/(0.3 *FSW*(IIN IOUT ) )
Si el inductor se selecciona de acuerdo con la inductancia anterior, la corriente máxima que fluye a través del inductor:
ILPEAK=IIN IOUT ?I/2=1.15*( IIN IOUT)
Se debe dejar un cierto margen para aplicaciones prácticas. La capacidad actual del inductor suele ser superior a 1,5*(IIN IOUT).
Diodo de rueda libre D1
Cuando se enciende Q1, el voltaje del punto SW del cátodo del diodo de rueda libre es VIN y el voltaje del ánodo del diodo de rueda libre es -VOUT, por lo que el voltaje D1 soporta Es:
VD=|VIN| |VOUT|
Cuando Q1 está apagado, el diodo de marcha libre gira libremente, el valor máximo de la corriente es ILPEAK y el promedio La corriente es IOUT.
Dado que la fuga de diodos a altas temperaturas puede causar fácilmente daños al chip, generalmente se requiere un cierto margen y se recomienda un margen de 1,5 veces para el voltaje.
Transistor de potencia Q1
Cuando Q1 está apagado, el voltaje del punto SW se fija en -VOUT, por lo que el voltaje máximo que el MOS de potencia puede soportar:
VMOS= |VIN| |VOUT|
Cuando Q1 está encendido, la corriente máxima de Q1 es ILPEAK y la corriente promedio es IIN.
Condensador de entrada
El valor efectivo de la corriente de rizado del condensador de entrada se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Si la caída de tensión del condensador CIN no excede ΔV1 cuando el MOS está encendido, la capacidad mínima se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Condensador de salida
El valor efectivo de la corriente de ondulación del condensador de salida se puede calcular mediante el siguiente fórmula:
Si el capacitor COUT está configurado en MOS Cuando se enciende, la caída de voltaje no excede ΔV2, y se puede usar la siguiente fórmula para calcular la capacidad mínima:
4 ejemplos de diseño
Requisitos
Voltaje de entrada 10 ~ 14 V, voltaje de salida -5 V, corriente de salida 1 A, seleccione el chip apropiado y calcule los parámetros del componente principal.
Pasos de la solución
Calcule la corriente de entrada: la potencia de salida es de aproximadamente 5 W, ingrese la corriente máxima, suponiendo una eficiencia de 80, luego la corriente de entrada es 5 W/0,8/10 V = 0,625A;
Calcule la corriente máxima de entrada:
1,15*(1A 0,625A)=1,87A
Calcule la tensión máxima del tubo de potencia y el funcionamiento libre Tubo Schottky: |-5V| |14V|=29V;
Elija el chip BUCK con un voltaje soportado de aproximadamente 40 V y una capacidad de corriente superior a 2 A. XL4201;
Cálculo Ciclo de trabajo a 10V:
D=5V/(5V 10V)=0.33
Calcular la inductancia:
L=0.33*10V/(0.3 *150KHz*(1A 0.625A))=45uH
Calcule la capacidad de corriente mínima:
IL=1.5*(1A 0.625A)=2.44 A
Seleccione un inductor de 47uh/3;
El voltaje soportado del diodo Schottky debe ser superior a 29 V, la corriente promedio es 1 A, la corriente máxima es aproximadamente 1,87 A, SS36 es opcional;
Valor efectivo de la corriente de ondulación del condensador de entrada:
ICINRMS=0.625A*sqrt((1-0.33)/0.33)=0.89A
“sqrt” representa el signo raíz;
Supongamos que el voltaje de entrada tiene una caída máxima de 0,05 V, entonces
CIN=(1-0,33)*0,625A/(0,05V*150KHz)=56uF
Seleccione un condensador electrolítico de 47 uF;
Valor efectivo de corriente de ondulación del condensador de salida:
ICOUTRMS=1A*sqrt(0,33/(1-0,33))=0,70A
Suponiendo que el voltaje de descarga de salida cae a un máximo de 0,05 V, entonces
COUT=0,33*1A/(0,05V*150KHz)=44uF
Seleccione Condensador electrolítico de 100uF.
El circuito real se puede consultar en la siguiente figura:
Figura 4.Diagrama del circuito de referencia XL4201 BUCK-BOOST
Notas 1
Chip La tensión soportada del diodo Schottky D1 debe ser mayor que la suma de los valores absolutos de la tensión de entrada y la tensión de salida;
2
CINB y C1 proporcionan potencia pura para el chip, CINB puede elegir 10 uF. Los condensadores anteriores son suficientes;
3
El pin GND del chip no es la misma propiedad que las tierras de potencia de entrada y salida, así que preste atención a la distinción;
4
La eficiencia del circuito BUCK-BOOST es menor que la de un circuito BUCK o BOOST simple. Preste atención a dejar más margen al usarlo. en la práctica.
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