Power Tips # 4: Thiết kế buck-boost sử dụng bộ điều khiển buck

0
63

Buck-boost : Các mạch điện tử thường hoạt động từ điện áp đầu ra dương được điều chỉnh, thường được cung cấp bởi bộ điều chỉnh buck. Nếu điện áp đầu ra âm được yêu cầu, bộ điều khiển buck tương tự thường có thể được định cấu hình trong cấu trúc liên kết buck-boost. Cấu trúc buck-boost điện áp đầu ra âm, hoạt động ở 50% chu kỳ làm việc cung cấp điện áp đầu ra bằng với điện áp đầu vào, chỉ ngược lại về cực. Nó có khả năng “giảm” hoặc “tăng” điện áp đầu ra để duy trì sự điều tiết bằng cách điều chỉnh chu kỳ hoạt động khi điện áp đầu vào dao động.

Hình 1 cho thấy một mạch buck-boost được đơn giản hóa và điện áp chuyển đổi có trên cuộn cảm. Sự tương đồng của mạch với một bộ chuyển đổi buck tiêu chuẩn sẽ rõ ràng ngay lập tức. Trên thực tế, nó giống hệt một bộ chuyển đổi buck, nhưng với điện áp đầu ra và đất được đảo ngược. Sự sắp xếp này cũng hoạt động đối với bộ chuyển đổi buck đồng bộ. Tuy nhiên, đây là nơi có những điểm tương đồng với đầu cuối của bộ chuyển đổi buck hoặc đồng bộ, vì mạch hoạt động khác với bộ chuyển đổi buck.

Điện áp trên cuộn cảm trong các khoảng thời gian chuyển đổi FET khác với điện áp của buck. Cũng giống như trong cấu trúc buck, cần phải cân bằng tích số vôn-micro giây (V-μs) để ngăn cuộn cảm bão hòa. Trong khi FET được bật ton; điện áp đầu vào đầy đủ trên cuộn cảm. Điện áp dương này ở phía “chấm” của cuộn cảm làm cho dòng điện tăng lên. Điều này gây ra  V-μs on-time trên cuộn cảm. Trong thời gian tắt FET (t off), cực tính điện áp của cuộn cảm phải đảo ngược để duy trì dòng điện, kéo phía chấm âm. Dòng điện dẫn đi xuống và lưu thông qua tải và tụ điện đầu ra, quay trở lại qua diode. Tích số V-μs off-time trên cuộn cảm phải bằng tích số V-μs on-time. Vì V vào và V ra là cố định, nên dễ dàng suy ra biểu thức duty (D): D = V out / (V out – V in ). Mạch điều khiển xác định chu kỳ nhiệm vụ chính xác để duy trì điều chỉnh điện áp đầu ra. Biểu thức này và dạng sóng trong Hình 1 giả định chế độ hoạt động dẫn liên tục.

Thiet-ke-Buck-boost-su-dung-bo-dieu-khien-buck Power Tips # 4: Thiết kế buck-boost sử dụng bộ điều khiển buck
Hình 1 Cuộn cảm boost-buck.

Cuộn buck-boost phải hoạt động ở mức dòng cao hơn dòng tải đầu ra. Điều này được định nghĩa là I L = I / (1-D) hoặc đơn giản là đầu vào cộng với dòng điện đầu ra. Để điện áp đầu ra âm có độ lớn bằng điện áp đầu vào, hoạt động ở D = 0,5, thì dòng điện cuộn cảm trung bình ở đầu ra là 2X.

Điều thú vị là có hai lựa chọn về vị trí kết nối mặt trở lại của tụ điện đầu vào, điều này có thể ảnh hưởng đến dòng điện rms trong tụ điện đầu ra. Trái ngược với cách đặt tụ điện điển hình giữa + V in và Gnd, tụ điện đầu vào có thể được kết nối giữa + V in và “V. Sử dụng cấu hình tụ điện đầu vào này làm giảm dòng điện rms trong tụ điện đầu ra. Tuy nhiên, với tụ điện đầu vào được kết nối với “V out , một bộ phân áp điện dung được hình thành tại“ V out. Điều này có thể tạo ra một mức tăng đột biến điện tích dương trên đầu ra khi bật, trước khi bộ điều khiển bắt đầu hoạt động. Để giảm thiểu ảnh hưởng này, cách tốt nhất là sử dụng tụ điện đầu vào nhỏ hơn nhiều so với tụ điện đầu ra. Bạn có thể thấy điều này trong mạch ở Hình 2. Dòng điện trong tụ điện đầu vào xen kẽ giữa việc tìm nguồn cung cấp dòng điện đầu ra một chiều và làm chìm dòng điện đầu vào trung bình. Mức dòng rms sẽ tệ hơn trong trường hợp điện áp đầu vào thấp nơi dòng đầu vào cao nhất. Hãy cẩn thận khi chọn các tụ điện để ESR của chúng không quá cao. Tụ điện bằng gốm hoặc polyme thường là lựa chọn thích hợp cho cấu trúc liên kết này.

Bo-dieu-khien-Buck-thuc-hien-Nhiem-vu-kep-trong-Buck-Boost. Power Tips # 4: Thiết kế buck-boost sử dụng bộ điều khiển buck
Hình 2 Bộ điều khiển Buck thực hiện Nhiệm vụ kép trong Buck-Boost.

Bộ điều khiển phải được chọn có thể cấp nguồn với điện áp đầu vào tối thiểu trừ đi sự sụt giảm của diode, nhưng cũng phải chịu được V trong cộng với V ra khi hoạt động. FET và diode cũng phải được đánh giá cho dải điện áp này. Điện áp đầu ra được điều chỉnh bằng cách kết nối điện trở phản hồi ở mặt đất đầu ra, vì bộ điều khiển được tham chiếu đến điện áp đầu ra âm. một cấu trúc liên kết buck-boost đầu ra âm. Phần sau chúng ta sẽ thảo luận về cách đo gợn của bộ nguồn đúng cách trong Power Tips # 5.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here