Limite massimo sul valore di induttanza del convertitore Buck

Ho trovato l'induttore minimo richiesto per un convertitore buck utilizzando la seguente formula:

Di solito prendiamo il 40% di buffer sul valore di induttanza minima calcolato (in modo che l'induttanza alla corrente nominale non varierà molto e l'ondulazione sarà sotto controllo) e scegliamo l'induttore.

Penso che valori più bassi dell'induttore avranno più ripple, una buona risposta ai transitori, poiché aumentando il valore dell'induttore ci sarà meno ripple e meno pressione sui condensatori di uscita.

Esiste un limite superiore sul valore dell'induttore per un convertitore buck?

I miei requisiti sono i seguenti:

• $V_{in}$ = da 10,8 a 13,2 V, tipico = 12V
• $V_{out}$ = 0.9V
• $I_{out}$ = 15A
• ondulazione = 30%
• $V_{out}$ ondulazione = 2,5%
• e possibili transitori possono verificarsi fino a 10A / 2us.

Ho visto in WEBENCH da TI / National Instruments dove è stato specificato il valore massimo dell'induttore, ma non sono sicuro di come lo abbiano calcolato.

L'aumento del valore dell'induttore trasformerà prima o poi il circuito in modalità di conduzione continua (CCM), in cui vi è una corrente continua continua che fluisce attraverso l'induttore e la corrente di ondulazione (la forma d'onda del triangolo) viene sovrapposta a questa corrente CC di base.

Ciò significa che la corrente dell'induttore in questa modalità non scende mai a zero. L'energia immagazzinata nell'induttore è infatti , tuttavia, solo una parte di questa energia viene trasferita in un ciclo al consumatore: , il resto rimane nell'induttore (altro o meno permanentemente). La quantità di energia utilizzata dal consumatore sarà la somma dell'energia trasferita attraverso lo stoccaggio nell'induttore e l'energia che viene costantemente trasferita dalla corrente CC che fluisce attraverso l'induttore.$\dfrac{LI^2}{2}$${\dfrac{LI_{max}^2}{2}} - {\dfrac{LI_{min}^2}{2}} = \dfrac{L(I_{max}^2-I_{min}^2)}{2}$

La quantità della massima corrente di ripple possibile è determinata dal valore di induttanza, dalla frequenza di commutazione, dal rapporto di funzionamento ON-OFF (che equivale più o meno al rapporto tra tensione di uscita e ingresso) e dalle tensioni collegate all'induttore (la tensione di ingresso meno la tensione di uscita in fase ON e la tensione di uscita in fase OFF). Aumentando il valore di induttanza si riduce la massima corrente di ripple possibile. Non appena la corrente di uscita necessaria è superiore alla metà della massima corrente di ondulazione possibile, l'operazione si trasforma in CCM.

Quali sono gli svantaggi di avere un'induttanza maggiore?

• Più giri, quindi una maggiore resistenza CC nell'induttore, il che significa maggiori perdite di rame, o dover aumentare lo spessore del filo / numero di trefoli per compensare ciò, aumentando così le dimensioni e i costi dell'induttore.

• Avendo un'induttanza maggiore, il circuito di controllo del feedback sarà più lento, il che significa che l'alimentatore sarà meno flessibile adattandosi ai carichi che cambiano rapidamente. Questo probabilmente si mostrerà come overshoots più grandi in risposta a una modifica del carico unit-step.

• Quando si utilizza un convertitore buck asincrono, nello stato OFF, il diodo libero funzionerà. In DCM, il diodo sta conducendo solo fino a quando l'energia immagazzinata nell'induttore viene completamente rimossa. In CCM, il diodo sta conducendo durante l'intera fase OFF, poiché la corrente dell'induttore non va mai a zero. Ciò significa perdite maggiori sul diodo a funzionamento libero, il che può essere un problema soprattutto perché le perdite sul FET possono essere ridotte utilizzando un FET con un _Rson inferiore , ma non è possibile fare lo stesso con il diodo. Più piccolo è il rapporto tra tensione in uscita e ingresso, più grave potrebbe essere questo problema.