बूस्ट कन्वर्टर: डीसीएम बनाम सीसीएम। या खुद को लेने से क्यों न डरें

हाल ही में, विद्युत सर्किटों की गणना के लिए विभिन्न कैलकुलेटरों की लोकप्रियता में वृद्धि हुई है। एक तरफ, यह शुरुआती लोगों के लिए प्रवेश सीमा में कमी की ओर जाता है, जो स्पष्ट रूप से अच्छा है, क्योंकि यह उद्योग के विकास की ओर जाता है, लेकिन दूसरी ओर, समझ का स्तर कम हो जाता है, जिससे उपकरणों की सेवा जीवन और उनकी लागत में कमी होती है। क्या आपको ऐसे स्रोतों पर भरोसा करना चाहिए? आइए एक उदाहरण जानने की कोशिश करें।

एक उदाहरण बढ़ावा कनवर्टर है। पहली नज़र में, बात सरल है, लेकिन यदि आप अधिक विस्तार से देखते हैं, तो यह पता चलता है कि यह इतना सरल नहीं है।

हम कनवर्टर के सिद्धांत को ध्यान में रखते हुए, ऑनलाइन कैलकुलेटर, हाथों से मैनुअल प्रशिक्षण और गणना की तुलना करेंगे। डरने की कोई जरूरत नहीं है, हम भौतिकी में गहराई तक नहीं गए हैं।

सबसे पहले, हमेशा की तरह, हम अपने कनवर्टर के लिए आवश्यकताओं के साथ शुरू करते हैं:

• इनपुट वोल्टेज - 9 वी;
• आउटपुट वोल्टेज - 200 वी;
• आउटपुट वर्तमान - 60mA;

बेशक, इन आवश्यकताओं को प्राप्त करने के कई तरीके हैं: विशेष माइक्रोक्रिस्केट्स का उपयोग, एक ट्रांसफार्मर या एक चार्ज पंप। लेकिन हम क्लासिक बूस्ट कनवर्टर (eng। बूस्ट कनवर्टर ) को देखेंगे , क्योंकि वोल्टेज बढ़ाने के तरीकों की तुलना करना इस लेख के दायरे से परे है।

बस मामले में, मुझे आपको बढ़ावा कनवर्टर के संचालन का सिद्धांत याद दिलाना है।


कनवर्टर में केवल 5 घटक होते हैं: एक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर और दो कैपेसिटर के रूप में इंडक्शन, डायोड, कुंजी। क्षमता _में C वैकल्पिक है।

जब कुंजी को चालू किया जाता है, तो वर्तमान अधिष्ठापन के माध्यम से गुजरता है और ऊर्जा अधिष्ठापन एल के चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहीत होती है। डायोड बंद है।

जैसे ही कुंजी बंद हो जाती है, कॉइल के माध्यम से करंट अचानक बदल जाता है और डायोड को खोलते समय इंडक्शन टर्मिनलों पर एक बढ़ा हुआ रिवर्स पोलरिटी वोल्टेज दिखाई देता है, जो वर्तमान पथ प्रदान करता है।


चूंकि कुंजी बहुत जल्दी काम करती है, इसलिए आत्म-प्रेरण की ईएमएफ काफी बढ़ जाती है। यह वोल्टेज डायोड से गुजरता है और कैपेसिटेंस को चार्ज करता है, जो बदले में, कुंजी को स्विच करते समय होने वाली तरंगों को सुचारू करता है, जिससे केवल एक निरंतर प्रवाह होता है। जल्दी से कुंजी को चालू और बंद करना, हम लोड पर वोल्टेज बढ़ा सकते हैं।

सर्किट का अंतिम आउटपुट वोल्टेज इनपुट, इंडक्शन और समय के अनुपात पर निर्भर करेगा जब कुंजी "बंद" स्थिति में "बंद" स्थिति में होती है, अर्थात, ड्यूटी चक्र डी (कर्तव्य चक्र उस समय का अनुपात है जिसके दौरान लोड या सर्किट में होता है) तब तक, जब तक वे बंद नहीं हो जाते।)


आउटपुट वोल्टेज अनंत कर्तव्य चक्र के करीब असीमता की ओर बढ़ेगा। व्यवहार में, आउटपुट वोल्टेज कॉइल आर _एल के परजीवी प्रतिरोध का अनुपात लोड आर के लिए है। चुंबकीय कोर में नुकसान (यदि हो तो), डायोड पर नुकसान और कैपेसिटर पर नुकसान आदि कुछ कम हैं। [1। 44-45 पी।] खैर, निश्चित रूप से, एक कर्तव्य चक्र = 1 के साथ, अधिष्ठापन को हमेशा जमीन पर छोटा किया जाएगा और कुछ भी काम नहीं करेगा।


चलो उंगलियों पर हमारे कनवर्टर का अनुमान लगाते हैं। मुझे आपको आवश्यकताओं को याद दिलाना है: 200V आउटपुट, 60mA वर्तमान।
कारक भरने:$$$D=1-Vin/Vout=1-9/200=0.955=95.5$%
लोड:$$$R=200/60=3.3K$,
आर से आर _एल की निर्भरता :


स्थानापन्न, हमें R _L = -0.833 मिलता है। तो आपको 0.8 ओम से कम के आंतरिक प्रतिरोध के साथ एक अधिष्ठापन की आवश्यकता है। यह अच्छा रहेगा। यह खुद को और इसकी धाराओं को गणना करने के लिए बनी हुई है। रबड़ के गोले TI [2]

की निर्देशिका से पुराने तरीके से गणना करते हैं । अनुमानित अनिच्छा:




जहां anceI _L - अधिष्ठापन के माध्यम से औसत तरंग वर्तमान:


कुछ निरंतर K है।

निर्देशिका 0.2 से 0.4 तक की सीमा में इसे चुनने का सुझाव देती है। मैं 30 kHz की आवृत्ति पर 0.2 लूंगा, इसलिए मुझे =I _L = 0.26A मिलेगा। हम उपरोक्त सूत्र में स्थानापन्न करते हैं और अधिष्ठापन L = 1074 μH प्राप्त करते हैं।

हम वर्तमान को प्रेरण के माध्यम से स्पष्ट करते हैं:


हमें 0.27 ए मिलता है, हम कनवर्टर के माध्यम से चरम वर्तमान की जांच करते हैं:


हमें 1.33 ए।
यह आसान लगता है। फंसाया, मूल्य मिला। आइए एक अन्य स्रोत का उपयोग करके देखें - एक ऑनलाइन कैलकुलेटर [3]। हम प्लेट में मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हैं, स्विचिंग आवृत्ति को उसी पर सेट करते हैं - 30 kHz:


न्यूनतम प्रेरण सूत्र में जादू निरंतर 2 पर ध्यान दें।

कुल हमें मिलता है:


जैसा कि आप देख सकते हैं, अंतर कई बार है। वर्तमान दो गुना कम है, कलमों के साथ गणना के मामले में, अधिष्ठापन दस गुना अधिक है।

कोई भी इस पर रोक लगा सकता है, एक परिणाम को विधर्मी घोषित करता है। लेकिन कौन सा गलत है?

जाहिर है, गुणांक K के कारण भिन्नता है

। गुणांक पूरे कनवर्टर के इनपुट वर्तमान के लिए अधिष्ठापन में वर्तमान तरंगों के अनुपात को व्यक्त करता है। इसे गुणांक K _{rf के} रूप में व्यक्त किया जा सकता है ।


और यह अनुपात पूरे कनवर्टर के संचालन मोड को प्रभावित करता है।

धाराओं और इंडक्शन साइज के अलावा यह गुणांक किन कारणों से होता है?

इन सवालों का जवाब देने के लिए, आपको इन तरीकों के संचालन के विवरण को समझना होगा।

ऐसे कन्वर्टर्स के संचालन के दो मुख्य तरीके हैं: डीसीएम और सीसीएम।

CCM - निरंतर चालन मोड। कनवर्टर का संचालन मोड, जिसमें अधिष्ठापन में वर्तमान शून्य पर नहीं गिरता है।


डीसीएम - असंयमित चालन विधा। प्रत्येक चक्र में, अधिष्ठापन के माध्यम से धारा शून्य हो जाती है।


CCM का उपयोग उच्च-शक्ति कन्वर्टर्स में घटकों के माध्यम से धाराओं को कम करने के लिए किया जाता है। डीसीएम, बदले में, कम प्रेरण प्रदान करता है और डायोड पर ध्रुवीयता उलट के नुकसान को समाप्त करता है। पेशेवरों और मोड के विपक्ष के बारे में और अधिक पढ़ें यहाँ ।

इस प्रकार, DCM केवल K _rf > 2 के लिए संभव है । यदि K = 2, तो कनवर्टर BCM - बाउंड्री कंडक्शन मोड में है, अर्थात, स्विच उसी क्षण चालू होता है जब इंडक्शन में करंट शून्य हो जाता है।

जब लोड आर घटता है, तो इन्वर्टर डीसीएम मोड में स्विच हो जाता है। जिस लोड पर इन्वर्टर बीसीएम मोड में होता है उसे क्रिटिकल लोड I _CRIT कहा जाता है । BCM मोड में काम करने पर इंडक्शन वैल्यू को महत्वपूर्ण इंडक्शन L कहा जाता है_CRIT और गणना अधिकतम भार के आधार पर की जाती है।

यह ज्ञात है कि CCM बूस्ट कन्वर्टर्स के लिए, इंडक्शन के माध्यम से करंट का अधिकतम तरंग मुख्य शुल्क अनुपात का 50% है।



CCM कनवर्टर के लिए अधिष्ठापन का चयन करने के लिए, K _rf का अधिकतम मूल्य निर्धारित करना आवश्यक है ।

आमतौर पर इसे 0.2 से 0.4 तक की सीमा में चुना जाता है, लेकिन, जाहिर है, यह 2. तक पहुंच सकता है। हमने निर्धारित किया है कि अधिकतम DI _L D = 50% पर होता है, अब हम K _rf के अधिकतम मूल्य के लिए कर्तव्य कारक की गणना करते हैं ।


हम D = 1 को अनदेखा करते हैं, क्योंकि इस तरह के एक कर्तव्य चक्र के साथ, कनवर्टर का संचालन शारीरिक रूप से असंभव है और हम 33% के कर्तव्य कारक के साथ अधिकतम _Kf प्राप्त करते हैं ।


CCM मोड में ऑपरेशन के लिए, न्यूनतम इंडक्शन वैल्यू की गणना 2/3 V _आउट (V _{(CCM) में} V _{) के} निकटतम इनपुट वोल्टेज के सापेक्ष की जाती है ।


हम गुणांक K _rf = 0.2 लेते हैं और हमें L _min = 1074 μgH मिलता है।
महत्वपूर्ण अधिष्ठापन के लिए, K = 2, L = 107.4 μH। यहां सब कुछ ऊपर की गणना के साथ मेल खाता है।

केवल मामले में महत्वपूर्ण भार:


I _CRIT = 0.006A
यह CCM मोड के लिए एक गणना थी।

इस प्रकार, डीसीएम मोड स्थिर होगा जब _{इंडक्शन} एल _{सीआरआईटी} से कम होगा , जिसमें ऑपरेटिंग वी _इन और करंट आई _{आउट होगा} । डीसीएम कन्वर्टर्स के लिए, निष्क्रिय समय के रूप में 3 से 5% स्विचिंग समय प्रदान करने के लिए न्यूनतम निष्क्रिय समय टी _{निष्क्रिय} को इस तरह से चुना जाता है, लेकिन साइकिल को लंघन करने तक एक स्थिर वोल्टेज सुनिश्चित करने के लिए लंबा हो सकता है। इंडक्शन एल _{मैक्स के} अधिकतम मूल्य की गणना इस समय टी _{निष्क्रिय के} आधार पर की जाएगी । L _{अधिकतम} L _CRIT से कम होना चाहिए , अन्यथा DCM मोड संभव नहीं होगा।


एल _{अधिकतम की} गणना करने के लिए , चयनित टी _{निष्क्रिय के साथ} , हमें कुंजी पर स्विच करने के लिए अधिकतम स्वीकार्य समय लगता है। हमारे मामले में, हम टी _{निष्क्रिय} को 2% के रूप में लेते हैं, आवृत्ति 30 kHz है, इसलिए अवधि = 0.000033 (3) एस।
टी _आइडल = 0.000033 (3) -98% = 6.66 * 10 ^ -7 सी।


इस प्रकार हम प्राप्त करते हैं:


स्थानापन्न, हमें 103.187mkGn मिलता है। पिछली गणनाओं के बहुत करीब। परिणाम अलग है, क्योंकि कैलकुलेटर की गणना डाउनटाइम को 0% के रूप में लेती है।

एल _{अधिकतम} एल के ग्राफ को दोहराता है _crit है और यह भी वी एक चोटी पर है _में = 2 / 3V _बाहर । न्यूनतम डाउनटाइम सुनिश्चित करने के लिए, एल _{अधिकतम की} गणना रेटेड वोल्टेज वी _{इन में की जाती है} ।

जब आउटपुट वर्तमान I कन्वर्टर से _{बाहर होता है,} तो मैं अधिकतम I _{क्रिट} (एक निश्चित V _{के लिए} ) से कम होता है, कनवर्टर DCI मोड में काम करेगा।


इस _{उपादान के} लिए मैं _{आलोचना के} बारे में मत भूलना :


हम शून्य के बराबर हैं और इनपुट वोल्टेज की सीमाओं को देखते हैं:



तालिका से पता चलता है कि CCM मोड पहले से निर्धारित इनपुट मापदंडों पर स्थिर होगा। लेकिन गणना की गई डीसीएम मोड महत्वपूर्ण बिंदुओं के काफी करीब है, जो आगे स्थिर संचालन में कुछ अनिश्चितता का कारण बनता है।

तो हमारे मामले में कौन सा मोड इष्टतम होगा?

जाहिर है, कम वर्तमान, कम घटक घटकों के लिए आवश्यकताओं, लेकिन अधिष्ठापन बड़ा हो जाता है। बी के lshaya प्रेरण अधिक महंगा है और अधिक स्थान है, जो मोबाइल उपकरणों और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण है लेता है। दूसरी ओर छोटे अधिष्ठापन के लिए अन्य घटकों की अधिक आवश्यकता होती है, जिससे अपेक्षाकृत कम lshim नुकसान और कम दक्षता की ओर अग्रसर होता है।

इस प्रकार, एक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए एक समझौता खोजना आवश्यक है, गुणांक K और स्विचिंग आवृत्ति का चयन करना।

मेरे मामले में, यह एक एकल प्रतिलिपि में इकट्ठा किया गया एक डेस्कटॉप कनवर्टर है, इसलिए मैं ऑपरेशन का सीसीएम मोड चुनूंगा, क्योंकि कनवर्टर के आयाम महत्वपूर्ण नहीं हैं, और घटकों के माध्यम से छोटा वर्तमान, उनके लिए आवश्यकताओं को कम करता है। सच है, मेरे मामले में स्विचिंग आवृत्ति थोड़ी अधिक होगी, लेकिन यह एक अन्य लेख का विषय है।

निष्कर्ष

क्या निर्देशिका और ऑनलाइन कैलकुलेटर सही परिणाम देते हैं? निश्चित रूप से हाँ। क्या ये परिणाम इष्टतम हैं? शायद ऩही।

इस प्रकार, एक विशेष योजना के संचालन के सिद्धांतों को समझने और निर्देशिकाओं और कैलकुलेटरों का उपयोग करके बिना सोचे समझे, कम या ज्यादा काम करने वाली योजनाओं को इकट्ठा करना काफी संभव है। लेकिन यदि कार्य आर्थिक और सस्ते तरीके से किया जाना है, तो मूलभूत ज्ञान अपरिहार्य है। अब तुम्हारे पास यह ज्ञान है। लेख में प्रस्तुत गणना काफी पर्याप्त है, और समीकरणों को हल करने के आधुनिक साधनों के साथ, उदाहरण के लिए, वुल्फरामअल्फा, आवश्यक मापदंडों की गणना करना बहुत आसान है।

अपने आविष्कारों के साथ शुभकामनाएँ!

पुनश्च

मैं लेख लिखने के लिए समर्थन और अमूल्य मदद के लिए आभार व्यक्त करता हूं: रेडेंको से यूजीन, बोब्रोव व्लादिस्लाव, कारपेंको स्टेनिस्लाव।