Obliczanie wielkości nasadki i induktora dla konwertera złotówki

Jaki jest pomysł wyboru wartości induktora i kondensatora dla konwerterów DCDC typu buck (ogólnie brak określonego numeru części)?

Próbowałem losowego z niską rezystancją i to trochę działa, ale chcę poznać pomysł na obliczenie wartości optymalnej (na podstawie częstotliwości i prądu maksymalnego).

To jest podstawowy konwerter złotówki:

Obecny kanał cewki indukcyjnej wynosi $I_L$, napięcie na cewce wynosi $V_L$. Napięcie nad obciążeniem (rezystorem) i kondensatorem wynosi$V_{out}$. Stan górny nazywany jest stanem włączonym, a stan dolny nazywany jest stanem wyłączonym. Przełącznik jest sterowany sygnałem PWM.

Relacja między $V_L$ i $I_L$ jest:

$$V_{L}=L\frac{dI_L}{dt}$$ Gdy przełącznik konwertera jest zamknięty, $V_L = V_{in} - V_{out}$, więc napięcie nad cewką jest dodatnie. Oznacza to, że natężenie prądu w cewce wzrośnie zgodnie z powyższym opisem. Gdy przełącznik jest zamknięty,$V_L = - V_{out}$(spadek napięcia na diodzie jest tutaj pomijany). Tak więc prąd przez cewkę zmniejszy się.

Indukcyjność ogranicza tempo wzrostu i spadku prądu. Więc użyj większego induktora dla mniejszego tętnienia prądu. Ponieważ kondensator działa tutaj jak bufor napięcia, większy kondensator zmniejszy tętnienie napięcia.

Wszystko zależy oczywiście od częstotliwości sygnału PWM. Im wyższa częstotliwość, tym mniejszy czas na wzrost prądu. Zatem wyższa częstotliwość zmniejszy tętnienie prądu.

Podczas produkcji lub zakupu induktora upewnij się, że prąd, który może on obsłużyć, jest większy niż prąd szczytowy, który jest średnim prądem + 50% tętnienia prądu.

Kupując kondensator, upewnij się, że ma niską ESR, więc minimalne straty mocy.

Bardzo dobre wyjaśnienia dotyczące obliczania wymaganej indukcyjności i pojemności znajdują się na tej stronie: http://www.daycounter.com/LabBook/BuckConverter/Buck-Converter-Equations.phtml Istnieje również kalkulator, którego można użyć do obliczenia wymagana indukcyjność i pojemność.

Projektowanie własnego konwertera buck (lub boost) jest naprawdę zabawne! Należy wziąć pod uwagę straty przełączania i przewodności w przełączniku, straty przewodności i rdzenia w cewce, straty pojemności i diody. Projektując konwerter buck, szukasz kombinacji częstotliwości, C i L o najwyższej wydajności i najniższych kosztach. (I nie zmieniaj konwertera w nadajnik radiowy, tak jak to zrobiłem dziś rano :-P)

Zdjęcie pochodzi z Wikipedii, która zawiera świetny artykuł na temat konwerterów złotówek .

Wybór induktora jest krytyczny z wielu powodów:

• dyktuje prąd tętnienia dostarczany do kondensatorów, a zatem napięcie tętnienia nałożone na ich ESR, które jest wyjściowym napięciem tętnienia
• określa, przy jakim obciążeniu konwerter przechodzi z trybu nieciągłego do ciągłego, co jest ważne, aby wiedzieć o stabilności pętli sprzężenia zwrotnego (buck w trybie nieciągłym potrzebuje tylko sieci jednobiegunowej kompensacji; buck w trybie ciągłym potrzebuje dwóch), rozpraszanie mocy ( moc szczytowa i wartość skuteczna przełącznika RMS jest wyższa w buck w trybie nieciągłym niż w buck w trybie ciągłym przy tym samym poziomie mocy) i cyklu pracy (buck w trybie nieciągłym ma składnik martwy, który powoduje, że cykl pracy zmienia się wraz z obciążeniem ; cykl roboczy buck w trybie ciągłym jest zasadniczo ustalony w odniesieniu do obciążenia)
• aktualna prędkość narastania cewki indukcyjnej będzie górną granicą przejściowej odpowiedzi przetwornika

Zasadniczo łatwiej jest wybrać cewkę, którą chcesz, a następnie zmierzyć pojemność wyjściową pod względem napięcia tętnienia; upewnij się, że połączony ESR daje tętnienie, które chcesz, i że pułapki są odpowiednio ocenione dla prądu tętnienia i częstotliwości, które będzie zapewniać cewka indukcyjna.

Musisz upewnić się, że cewka indukcyjna nie będzie nasycona w najgorszym przypadku przeciążenia, ponieważ prąd stały może spowodować, że przepuszczalność materiału magnetycznego zejdzie się, co spowoduje wysokie tętnienie przełączania. Jeśli nie masz doświadczenia w projektowaniu magnesów, łatwiej jest wybrać gotową cewkę dopasowaną do złotówki (tj. Taką, która określa, ile prądu może obsłużyć przed nasyceniem).

[Fajnie jest bawić się materiałami ferrytowymi o rozproszonej szczelinie, takimi jak Sendust i Kool-Mu, które mogą znieść wiele nadużyć bez nasycania i wysadzania przełączników, ale dygresję ...]

Linear ma doskonałe arkusze danych z dużą ilością informacji na temat wybierania komponentów do SMPS. Na przykład, kiedy patrzę na arkuszu danych dla LTC3127 widzę sekcje Buck-cewki podwyższającej Selection , wyjście i wejście kondensatora Wybór i kondensatora Wybór przykładu . Arkusze danych zawierają szczegółowe obliczenia.