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Calculateur Boost Converter Design

Calculez le rapport cyclique, la valeur de l'inducteur et le condensateur de sortie pour la conception d'un convertisseur DC-DC d'amplification (élévateur)

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Formule

D = 1 - V_in/(V_out×η), L = V_in×D/(ΔI_L×f_sw)

Référence: Erickson & Maksimovic, "Fundamentals of Power Electronics" 3rd ed.

D— Duty cycle
V_in— Input voltage (V)
V_out— Output voltage (V)
η— Efficiency
f_sw— Switching frequency (Hz)
ΔI_L— Inductor current ripple (A)

Comment ça marche

Un convertisseur DC-DC d'amplification (élévateur) est une topologie de convertisseur de puissance à commutation qui augmente la tension d'entrée à une tension de sortie plus élevée. Il fonctionne en stockant de l'énergie dans un inducteur pendant le temps d'activation de l'interrupteur et en libérant cette énergie vers la sortie pendant le temps d'arrêt. Le principe fondamental repose sur la capacité de l'inducteur à maintenir le flux de courant lorsque l'élément de commutation s'ouvre, créant ainsi une tension supérieure à l'entrée. Les principaux paramètres de conception incluent la fréquence de commutation, le rapport cyclique et la sélection des composants pour garantir un transfert de puissance efficace et une ondulation de tension et de courant minimale.

Exemple Résolu

Imaginons un modèle avec Vin = 5 V, Vout = 12 V, Iout = 2A, fsw = 100 kHz, ondulation = 5 %. Tout d'abord, calculez le rapport cyclique en utilisant D = 1 - (Vin/Vout) = 1 - (5/12) ≈ 0,58. Pour le calcul de l'inducteur, utilisez L = (Vin * (1-D))/(fsw * ΔIL), où ΔIL est l'ondulation de courant crête à crête. Avec une ondulation de 5 %, le courant crête à crête est de 2A * 0,05 = 0,1 A. Le calcul de L donne environ 138 μH. La sélection du condensateur de sortie nécessiterait des considérations relatives à l'ESR et à la tension d'ondulation, généralement comprises entre 100 et 470 μF.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez des condensateurs à faible ESR pour de meilleures performances
  • ✓Sélectionnez les composants présentant des marges de tension/courant suffisantes
  • ✓Implémentez une disposition de circuit imprimé appropriée avec de courtes longueurs de trace

Erreurs Fréquentes

  • ✗Négliger le courant de saturation de l'inducteur
  • ✗Ignorer les pertes de puissance des interrupteurs et des diodes
  • ✗Gestion thermique inadéquate
  • ✗Ignorer les considérations relatives aux interférences électromagnétiques

Foire Aux Questions

L'efficacité dépend de la qualité du commutateur, des pertes de composants et des conditions de fonctionnement. Le rendement typique varie de 85 à 95 % pour des convertisseurs bien conçus.
Des fréquences plus élevées permettent des inducteurs plus petits mais augmentent les pertes de commutation. Généralement, 100 kHz-500 kHz fonctionnent bien pour la plupart des applications.
Les convertisseurs Boost modernes peuvent gérer des variations d'entrée de 2:1 à 10:1. avec une conception et un contrôle de feedback appropriés.
Une compensation médiocre, une conception de boucle de rétroaction inadéquate et les tolérances des composants peuvent entraîner des oscillations ou un comportement imprévisible.
Implémentez des circuits de limitation de courant, utilisez des résistances de détection de courant et concevez avec des mécanismes de protection appropriés, tels que le mode hoquet.

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