Jak wybrać prawidłową wartość induktora dla następującego regulatora buck?

Po pierwsze, mam do czynienia z matematyką i nie jestem geniuszem elektroniki, więc robię to dla zabawy i do nauki ...

Pracuję nad układem konwertera buck, aby przekonwertować mój USB Vbus 5 V na 3,3 V. Wybrałem AP5100 i ustalenie poprawnych wartości niektórych składników jest dość trudne.

Arkusz danych dokładnie określa wartości dla R1 (49,9kΩ) i R2 (16,2kΩ) w Tabeli 1 na stronie 6, aby ustalić napięcie wyjściowe 3,3 V, ale uważam, że to trochę roztrzaskanie pociągu, rozumiejąc, jak obliczyć wartość indukcyjności dla induktora L1. Arkusz danych wskazuje 3,3µH na stronie 2, rysunek 3:

Chcę lepiej zrozumieć, w jaki sposób obliczono wartość 3,3µH i czy jest to w rzeczywistości poprawna wartość dla mojej aplikacji.

Wracając do arkusza danych, wzór do obliczania L jest określony jako:

Gdzie ΔIL to prąd tętnienia cewki indukcyjnej, a fSW to częstotliwość przełączania konwertera buck.

Arkusz danych zawiera:

Wybierz prąd tętnienia cewki, aby wynosił 30% maksymalnego prądu obciążenia. Maksymalny prąd szczytowy cewki oblicza się z:

$$IL(MAX) = ILOAD + \frac{\Delta IL}{2}$$

Dobra, tutaj strasznie się zagubiłem i staram się owijać mój mały mózg wokół wartości.

Znam następujące:

• Vin = 5 V (USB Vbus)
• Vout = 3,3 V.
• fSW = 1,4 MHz
• I = 2,4 A (myślę)

Jak określić ΔIL (tętnienie prądu), aby uzyskać wartość induktora?

Moja formuła powinna w końcu wyglądać mniej więcej tak, prawda?

Ale czym jest ΔIL?

Pomyślałem też, że konwerter złotówki powinien pozwolić na szereg wejść dla Vin, w tym przypadku od 4,75 V do 24 V?

Oto mój schemat, który rysuję w Eagle CAD:

$\frac{\text{L di} }{\text{dt}}$

• $\frac{V \text{$\Delta $t}}{\text{$\Delta $I}}$

• $\text {$\Delta $I}$

$\text {$\Delta $I}$$\text {$\Delta $I}$

$V_{\text{in}}$$V_o$$\frac {V_o} {V_ {\text {in}}}$$V_{\text{in}}$$\frac{10 V_o}{I_o F_{\text{sw}}}$

Ponieważ patrzysz na Linear Tech, powinieneś (jak zauważył Anindo Ghosh) również skorzystać z obsługi CAD.

Aby zaprojektować obwód regulacji złotówki, może być lepiej zacząć od jednego z różnych bezpłatnych narzędzi do projektowania zasilania online na stronach internetowych producentów, takich jak:

• Fairchild Semiconductor: WebDesigner zasilacza
• Technologia liniowa: LTPowerCAD
• Texas Instruments: WeBench Power Designer i SwitcherPro Design Tool

Podając jako parametry twoje wymagania (w tym na przykład akceptowalne tętnienie), narzędzie zazwyczaj tworzy listę kontrolerów spełniających ten cel. Jest to zwykle bezpieczniejsze podejście niż rozpoczęcie od kontrolera, który już został ustalony, a następnie próba odejścia od określonych w arkuszu danych wartości dla komponentów wsparcia.

Wiele z wymienionych bezpłatnych narzędzi „projektantów mocy” zapewnia kompletny zestaw materiałów jako dane wyjściowe - w tym potrzebne cewki indukcyjne, zwykle z numerami części.

Niektóre (np. TI WeBench) zapewniają również zalecany układ i wymagane szacunkowe miejsce na planszy. Niektóre narzędzia pozwalają dodatkowo na pożądaną przestrzeń na płycie jako parametr projektowy, a także liczbę komponentów, koszt i inne preferencje.

Pomoże ci zrozumieć, co się stanie, jeśli wybierzesz cewkę o niewłaściwej wartości.

Jeśli wybierzesz cewkę o zbyt niskiej wartości, prąd przez nią zmieni się zbyt mocno w każdym okresie przełączania. Prąd może rosnąć tak bardzo w okresie przełączania, że ​​przekracza możliwości prądowe obwodów napędzających cewkę indukcyjną. Ten wysoki prąd tętnienia również nie jest miły dla kondensatora po stronie wyjściowej. Straty ESR w kondensatorze będą wysokie lub prąd tętnienia przekroczy wartość znamionową kondensatora i zawiedzie.

Jeśli wybierzesz cewkę o zbyt dużej wartości, zapłacisz za dużo cewki, której nie potrzebujesz. Cewki indukcyjne z rdzeniem mają prąd nasycenia. Jest to prąd, przy którym rdzeń nie może przyjąć więcej strumienia magnetycznego, a cewka przestaje być cewką z rdzeniem i zaczyna być prawie drutem. Dla danego rdzenia o danym rozmiarze i materiale można wykonać induktor o wyższej indukcyjności, po prostu umieszczając wokół niego więcej zwojów drutu. Ale każdy z tych zwojów przyczynia się do zwiększenia strumienia magnetycznego, więc dodając więcej zwojów, zmniejszasz również prąd nasycenia cewki indukcyjnej, ponieważ twój prąd zostanie pomnożony przez liczbę zwojów drutu, aby osiągnąć strumień magnetyczny przez cewkę indukcyjną . Dlatego jeśli chcesz uzyskać wyższą indukcyjność przy tym samym prądzie nasycenia, potrzebujesz fizycznie większego rdzenia.

Wyjaśnienia matematyki pozostawię innej odpowiedzi. Nie jestem najlepszy w takich rzeczach.

Jak określić ΔIL (tętnienie prądu), aby uzyskać wartość induktora?

Użyj zasady podanej przez producenta układu (wybierz wartość równą 30% oczekiwanego maksymalnego prądu wyjściowego DC). Ponadto na stronie 8 znajduje się informacja: „W większości zastosowań zaleca się stosowanie cewki indukcyjnej od 1 μH do 10 μH o wartości prądu stałego co najmniej o 25% wyższej niż maksymalny prąd obciążenia.”

I = 2,4 A (myślę)

Wydaje się jednak, że nie masz pewności, jaki jest oczekiwany maksymalny prąd wyjściowy prądu stałego.

Spójrz na ten kształt bezwstydnie wypożyczony z Wikipedii:

Prąd induktora pokazano na dole. Wielkość ramp jest określona przez

$V_L = L \cdot \dfrac{\Delta I}{\Delta t}$

Definiujesz cewkę indukcyjną na podstawie wielkości ramp: to znaczy wybierając wartość stanowiącą 30% maksymalnego oczekiwanego prądu wyjściowego prądu stałego ($I_{av}$na fali). Dlatego ważne jest, aby znać swój maksymalny oczekiwany prąd wyjściowy prądu stałego przed próbą wybrania induktora.

Należy również pamiętać, że ta część ma wewnętrzną kompensację wzmacniacza błędów, która nałoży ograniczenia na wyjściowy filtr LC (nie odbiegaj od ich zakresu indukcyjności, chyba że masz sprzęt do pomiaru odpowiedzi częstotliwościowej w pętli zamkniętej przetwornika).