Come seleziono il valore induttore corretto per il seguente regolatore buck?

Prima di tutto, faccio un po 'schifo in matematica e non sono un genio dell'elettronica, quindi le cose che faccio sono per divertimento e per scopi di apprendimento ...

Sto lavorando su un circuito convertitore buck per convertire il mio Vbus USB da 5 V a 3,3 V. Ho selezionato l' AP5100 e trovo abbastanza difficile capire i valori corretti su alcuni dei componenti.

Il foglio dati specifica ordinatamente i valori di R1 (49,9 kΩ) e R2 (16,2 kΩ) nella Tabella 1 a pagina 6, per stabilire una tensione di uscita di 3,3 V, ma lo trovo un po 'di un treno che capisce come calcolare il valore di induttanza per l'induttore L1. Il foglio dati indica 3.3µH a pagina 2, Figura 3:

Voglio capire meglio come sono stati calcolati i 3.3µH e se questo è in realtà il valore corretto per la mia applicazione.

Ora torniamo al foglio dati, la formula per calcolare L è dichiarata come:

Dove ΔIL è la corrente di ondulazione dell'induttore e fSW è la frequenza di commutazione del convertitore buck.

La scheda tecnica afferma:

Scegliere la corrente di ondulazione dell'induttore in modo che sia il 30% della corrente di carico massima. La massima corrente di picco dell'induttore è calcolata da:

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

Va bene, qui è dove sono terribilmente perso, e sto facendo del mio meglio per avvolgere il mio piccolo cervello attorno al valore.

Conosco quanto segue:

• Vin = 5 V (USB Vbus)
• Vout = 3,3 V.
• fSW = 1.4MHz
• I = 2.4A (penso)

Come si determina ΔIL (corrente di ondulazione) per raggiungere il valore dell'induttore?

La mia formula dovrebbe assomigliare a questa alla fine, giusto?

Ma cos'è ΔIL?

Inoltre, ho pensato che il convertitore buck avrebbe dovuto consentire una gamma di ingressi per Vin, nel caso di questo, da 4,75 V a 24 V?

Ecco il mio schema che sto disegnando in Eagle CAD:

La scelta di un valore di induttore per un regolatore buck viene direttamente da V = $\frac{\text{L di} }{\text{dt}}$

• $\frac{V \text{$\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}}}$

Dal momento che stai guardando Linear Tech dovresti (come ha sottolineato Anindo Ghosh) anche usare il loro supporto CAD.

Per la progettazione di un circuito di regolazione del buck, potrebbe essere meglio iniziare con uno dei vari strumenti gratuiti di power design online sui siti Web dei produttori, come:

• Fairchild Semiconductor: alimentatore WebDesigner
• Tecnologia lineare: LTPowerCAD
• Texas Instruments: WeBench Power Designer e SwitcherPro Design Tool

Fornendo i propri requisiti (inclusa un'ondulazione accettabile, ad esempio) come parametri, lo strumento in genere selezionava un set di controller che soddisfano lo scopo. Questo di solito è un approccio più sicuro rispetto all'avvio con un controller già deciso, quindi si tenta di deviare dai valori specificati nel foglio dati per i componenti di supporto.

Molti degli strumenti gratuiti di "power designer" citati forniscono una distinta materiali completa come output, inclusi gli induttori necessari, in genere con i numeri di parte.

Alcuni (ad esempio TI WeBench) forniscono anche il layout consigliato e le stime di spazio sulla scheda richieste. Alcuni strumenti consentono inoltre lo spazio sulla scheda desiderato come parametro di progettazione, come anche il conteggio dei componenti, il costo e altre preferenze.

Potrebbe aiutare a capire cosa succede se si seleziona un induttore con un valore errato .

Se si seleziona un induttore con un valore troppo basso, la corrente che lo attraversa cambierà troppo in ciascun periodo di commutazione. La corrente potrebbe crescere così tanto in un periodo di commutazione che supera la capacità corrente del circuito che guida l'induttore. Anche questa elevata corrente di ripple non è piacevole per il condensatore sul lato di uscita. Le perdite ESR nel condensatore saranno elevate o la corrente di ondulazione supererà il valore nominale del condensatore e fallirà.

Se selezioni un induttore con un valore troppo grande, pagherai molti induttori che non ti servono. Gli induttori con un nucleo hanno una corrente di saturazione. Questa è la corrente alla quale il nucleo non può assorbire più flusso magnetico e l'induttore smette di essere un induttore con un nucleo e inizia a essere quasi un filo. Per un dato nucleo di una determinata dimensione e materiale, è possibile creare un induttore con induttanza più elevata semplicemente posizionando più giri di filo attorno ad esso. Ma ognuna di queste spire contribuisce ad un maggiore flusso magnetico, quindi aggiungendo più spire, stai anche diminuendo la corrente di saturazione dell'induttore, poiché la tua corrente verrà moltiplicata per il numero di spire del filo per arrivare al flusso magnetico attraverso l'induttore . Pertanto, se si desidera un'induttanza più elevata alla stessa corrente di saturazione, è necessario un nucleo fisicamente più grande.

Lascio una spiegazione della matematica a un'altra risposta. Non sono il migliore in queste cose.

Come si determina ΔIL (corrente di ondulazione) per raggiungere il valore dell'induttore?

Utilizzare la regola empirica fornita dal produttore del chip (selezionare un valore pari al 30% della corrente di uscita CC massima prevista). Inoltre, c'è una nota a pagina 8 che dice "Un induttore da 1μH a 10μH con una corrente nominale CC di almeno il 25% in più rispetto alla corrente di carico massima è raccomandato per la maggior parte delle applicazioni."

I = 2.4A (penso)

Tuttavia, sembra che tu non sia sicuro di quale sia la tua massima corrente di uscita CC prevista.

Dai un'occhiata a questa forma d'onda presa spudoratamente in prestito da Wikipedia:

La corrente dell'induttore è mostrata in basso. L'entità delle rampe è definita da

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

Definisci il tuo induttore in base alle dimensioni delle rampe: vale a dire, scegliendo un valore che è il 30% della corrente di uscita CC massima prevista ($I_{av}$nella forma d'onda). Ecco perché è importante conoscere la massima corrente di uscita CC prevista prima di provare a scegliere l'induttore.

Inoltre, tenere presente che questa parte ha una compensazione interna dell'amplificatore di errori, che imporrà vincoli al filtro LC di uscita (non deviare dal loro intervallo di induttanza a meno che non si disponga di apparecchiature per misurare la risposta in frequenza del circuito chiuso del convertitore).