Berechnung der Größe der Kappe und des Induktors für den Abwärtswandler

Was ist die Idee, den Induktor- und Kondensatorwert für Buck-DCDC-Wandler zu wählen (im Allgemeinen keine bestimmte Teilenummer)?

Ich habe eine zufällige mit geringem Widerstand ausprobiert und sie funktioniert irgendwie, möchte aber wissen, welche Idee hinter der Berechnung des optimalen Werts (basierend auf Frequenz und maximalem Strom) steckt.

Dies ist ein grundlegender Abwärtswandler:

Der Strom durch den Induktor ist , die Spannung über dem Induktor ist . Die Spannung über der Last (dem Widerstand) und dem Kondensator beträgt . Der obere Zustand wird als Ein-Zustand und der untere Zustand als Aus-Zustand bezeichnet. Der Schalter wird durch ein PWM-Signal gesteuert.$I_L$$V_L$$V_{out}$

Die Beziehung zwischen und ist: Wenn der Schalter des Wandlers geschlossen ist, ist , so dass die Spannung über der Induktivität positiv ist. Dies bedeutet, dass der Strom durch den Induktor zunimmt, wie durch die obige Beziehung beschrieben. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist (der Spannungsabfall über der Diode wird hier vernachlässigt). Der Strom durch den Induktor nimmt also ab.$V_L$$I_L$

$$V_{L}=L\frac{dI_L}{dt}$$ $V_L = V_{in} - V_{out}$$V_L = - V_{out}$

Die Induktivität begrenzt die Rate der Zunahme und Abnahme des Stroms. Verwenden Sie daher einen größeren Induktor für eine kleinere Stromwelligkeit. Da ein Kondensator hier wie ein Spannungspuffer wirkt, wird die Spannungswelligkeit durch einen größeren Kondensator kleiner.

Alles hängt natürlich von der Frequenz des PWM-Signals ab. Je höher die Frequenz, desto kürzer ist die Zeit, in der der Strom ansteigt. Eine höhere Frequenz verringert also die Stromwelligkeit.

Stellen Sie beim Herstellen oder Kaufen eines Induktors sicher, dass der Strom, den der Induktor verarbeiten kann, größer ist als der Spitzenstrom, der dem Durchschnittsstrom + 50% der Stromwelligkeit entspricht.

Stellen Sie beim Kauf eines Kondensators sicher, dass er einen niedrigen ESR hat, um minimale Leistungsverluste zu vermeiden.

Sehr gute Erklärungen zur Berechnung der erforderlichen Induktivität und Kapazität finden Sie auf dieser Website: http://www.daycounter.com/LabBook/BuckConverter/Buck-Converter-Equations.phtml Es gibt auch einen Taschenrechner, mit dem Sie die berechnen können erforderliche Induktivität und Kapazität.

Das Entwerfen eines eigenen Buck- (oder Boost-) Konverters macht wirklich Spaß! Sie müssen Schalt- und Leitfähigkeitsverluste im Schalter, Leitfähigkeits- und Kernverluste in der Induktivität, Verluste in Kapazität und Diode berücksichtigen. Bei der Entwicklung eines Tiefsetzstellers wird nach der Kombination aus Frequenz, C und L mit dem höchsten Wirkungsgrad und den niedrigsten Kosten gesucht. (Und verwandeln Sie Ihren Konverter nicht wie heute Morgen in einen Funksender :-P)

Das Bild stammt aus Wikipedia und enthält einen großartigen Artikel über Buck-Konverter .

Die Wahl des Induktors ist aus zahlreichen Gründen entscheidend:

• Es bestimmt den Welligkeitsstrom, der von den Kondensatoren bezogen wird, und daher die Welligkeitsspannung, die an ihre ESRs angelegt wird. Dies ist Ihre Ausgangswelligkeitsspannung
• es bestimmt, bei welcher Last der Wandler vom diskontinuierlichen in den kontinuierlichen Modus übergeht, was für die Stabilität der Rückkopplungsschleife wichtig ist (ein Buck im diskontinuierlichen Modus benötigt nur ein einpoliges Kompensationsnetzwerk; ein Buck im kontinuierlichen Modus benötigt zwei), Verlustleistung ( Die Spitzen- und RMS-Schaltleistung ist bei einem Buckel im diskontinuierlichen Modus höher als bei einem Buck im kontinuierlichen Modus bei gleichem Leistungspegel) und Arbeitszyklus (ein Buckel im diskontinuierlichen Modus hat eine Totzeitkomponente, die bewirkt, dass das Tastverhältnis mit der Last variiert ; das Tastverhältnis eines Buck im Dauerbetrieb ist im wesentlichen in Bezug auf die Last festgelegt)
• Die aktuelle Anstiegsgeschwindigkeit des Induktors legt eine Obergrenze für das Einschwingverhalten des Wandlers fest

Im Allgemeinen ist es einfacher, die gewünschte Induktivität auszuwählen, als die Ausgangskapazität in Bezug auf die Welligkeitsspannung zu dimensionieren. Stellen Sie sicher, dass der kombinierte ESR die gewünschte Welligkeit liefert und dass die Kappen für den Welligkeitsstrom und die Frequenz, die der Induktor liefert, angemessen ausgelegt sind.

Sie müssen sicherstellen, dass der Induktor im schlimmsten Fall der Überlastung nicht gesättigt wird, da Gleichstrom dazu führen kann, dass die Permeabilität des magnetischen Materials abfällt, wodurch die Schaltwelligkeit hoch wird. Wenn Sie keine Erfahrung mit Magnetdesign haben, ist es einfacher, einen handelsüblichen Induktor zu wählen, der für einen Buck geeignet ist (dh einen, der angibt, wie viel Strom er vor dem Sättigen verarbeiten kann).

[Es macht Spaß, mit Ferritmaterial mit verteilten Lücken wie Sendust und Kool-Mu zu spielen, das viel Missbrauch verträgt, ohne die Schalter zu sättigen und in die Luft zu jagen, aber ich schweife ab ...]

Linear verfügt über hervorragende Datenblätter mit vielen Informationen zur Auswahl von Komponenten für Ihr SMPS. Zum Beispiel , wenn ich auf dem Datenblatt suche die LTC3127 Ich sehe Abschnitte für Buck-Boost - Inductor Auswahl , Ausgangs- und Eingangskondensatorauswahl und Kondensator Auswahlbeispiel . Die Datenblätter enthalten detaillierte Berechnungen.