Calcolo delle dimensioni di cappuccio e induttore per convertitore buck

Qual è l'idea di scegliere il valore di induttore e condensatore per i convertitori DCDC buck (nessun numero di parte specifico, in generale)?

Ho provato uno a caso con bassa resistenza, e in qualche modo funziona, ma voglio conoscere l'idea dietro il calcolo del valore ottimale (basato su freq e corrente massima).

Questo è un convertitore buck di base:

La corrente attraverso l'induttore è , la tensione sulla induttore è V L . La tensione sul carico (la resistenza) e sul condensatore è V o u t . Lo stato superiore è chiamato stato acceso e lo stato inferiore è chiamato stato spento. L'interruttore è controllato da un segnale PWM.$I_L$$V_L$$V_{out}$

$V_L$$I_L$

L'induttanza limita il tasso di aumento e diminuzione della corrente. Quindi usa un induttore più grande per un'ondulazione di corrente più piccola. Poiché qui un condensatore si comporta come un buffer di tensione, un condensatore più grande ridurrà l'ondulazione di tensione.

Tutto dipende ovviamente dalla frequenza del segnale PWM. Maggiore è la frequenza, minore è il tempo necessario per aumentare la corrente. Quindi una frequenza più alta diminuirà l'ondulazione corrente.

Quando si crea o si acquista un induttore, assicurarsi che la corrente che l'induttore è in grado di gestire sia maggiore della corrente di picco che è la corrente media + 50% dell'ondulazione corrente.

Quando si acquista un condensatore, assicurarsi che abbia un basso ESR, quindi perdite di potenza minime.

In questo sito sono disponibili ottime spiegazioni su come calcolare l'induttanza e la capacità richieste: http://www.daycounter.com/LabBook/BuckConverter/Buck-Converter-Equations.phtml Esiste anche un calcolatore che è possibile utilizzare per calcolare il induttanza e capacità richieste.

Progettare il tuo convertitore buck (o boost) è davvero divertente! È necessario tenere conto delle perdite di commutazione e di conduttanza nell'interruttore, di conduttanza e di perdite nell'induttore, perdite nella capacità e nel diodo. La progettazione di un convertitore buck è alla ricerca della combinazione frequenza, C e L con la massima efficienza e il minor costo. (E non trasformare il tuo convertitore in un trasmettitore radio come ho fatto stamattina :-P)

L'immagine è tratta da Wikipedia che contiene un ottimo articolo sui convertitori buck .

La scelta dell'induttore è fondamentale per numerosi motivi:

• determina la corrente di ripple proveniente dai condensatori e, quindi, la tensione di ripple imposta sui loro ESR, che è la tensione di ripple in uscita
• determina a quale carico il convertitore passa dalla modalità discontinua alla modalità continua, che è importante conoscere per la stabilità del circuito di feedback (un buck in modalità discontinua necessita solo di una rete di compensazione unipolare; un buck in modalità continua ne ha bisogno di due), dissipazione di potenza ( la potenza di commutazione di picco e RMS è maggiore in un buck in modalità discontinua rispetto a un buck in modalità continua allo stesso livello di potenza) e ciclo di lavoro (un buck in modalità discontinua ha un componente a tempo morto che fa variare il ciclo di lavoro con il carico ; un ciclo di lavoro buck in modalità continua è sostanzialmente fisso rispetto al carico)
• l'attuale velocità di risposta dell'induttore posizionerà un limite superiore sulla risposta transitoria del convertitore

In generale, è più semplice scegliere l'induttore desiderato, quindi dimensionare la capacità di uscita in termini di tensione di ondulazione; assicurarsi che l'ESR combinato fornisca l'ondulazione desiderata e che i cappucci siano classificati in modo appropriato per la corrente e la frequenza di ondulazione fornite dall'induttore.

È necessario assicurarsi che l'induttore non si saturi nella condizione di sovraccarico nel caso peggiore, poiché la corrente CC può far rotolare via la permeabilità del materiale magnetico che invierà l'ondulazione di commutazione in alto. Se non hai esperienza nella progettazione magnetica, è più facile scegliere un induttore standard adatto a un dollaro (cioè uno che specifica quanta corrente può gestire prima della saturazione).

[È divertente giocare con materiale in ferrite a gap distribuito come Sendust e Kool-Mu, che può subire molti abusi senza saturare e far saltare i tuoi interruttori, ma sto divagando ...]

Linear ha eccellenti schede tecniche con molte informazioni sulla selezione dei componenti per il tuo SMPS. Ad esempio, quando guardo la scheda tecnica dell'LTC3127, vedo le sezioni per la selezione dell'induttore buck-boost , la selezione del condensatore di uscita e di ingresso e l' esempio di selezione del condensatore . I fogli dati hanno calcoli dettagliati.