การคำนวณขนาดของหมวก & ตัวเหนี่ยวนำสำหรับการแปลงเจ้าชู้

ความคิดในการเลือกตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุสำหรับตัวแปลง DCDC ของ Buck คืออะไร (โดยทั่วไปไม่มีหมายเลขชิ้นส่วนเฉพาะ)

ฉันได้ลองสุ่มที่มีความต้านทานต่ำและมันก็ใช้งานได้ แต่ต้องการทราบแนวคิดเบื้องหลังการคำนวณค่าที่ดีที่สุด (ขึ้นอยู่กับ freq และกระแสสูงสุด)

นี่คือตัวแปลงบั๊กพื้นฐาน:

รางปัจจุบันเหนี่ยวนำเป็นแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำกว่าคือV_Lแรงดันไฟฟ้าในช่วงโหลด (ตัวต้านทาน) และตัวเก็บประจุเป็น{} สถานะบนเรียกว่าสถานะเปิดและสถานะด้านล่างเรียกว่าสถานะปิด สวิตช์ควบคุมโดยสัญญาณ PWM$I_L$$V_L$$V_{out}$

ความสัมพันธ์ระหว่าง$V_L$และ$I_L$ คือ:

$$V_{L}=L\frac{dI_L}{dt}$$ เมื่อสวิตช์ของตัวแปลงถูกปิด $V_L = V_{in} - V_{out}$ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเหนือตัวเหนี่ยวนำจึงเป็นบวก ซึ่งหมายความว่ารางกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นตามที่อธิบายไว้โดยความสัมพันธ์ข้างต้น เมื่อปิดสวิตช์$V_L = - V_{out}$(แรงดันตกคร่อมไดโอดจะถูกละเลยที่นี่) ดังนั้นกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะลดลง

ความเหนี่ยวนำ จำกัด อัตราการเพิ่มและลดลงของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นให้ใช้ตัวเหนี่ยวนำที่ใหญ่กว่าสำหรับระลอกปัจจุบันที่เล็กลง เนื่องจากตัวเก็บประจุทำหน้าที่เหมือนบัฟเฟอร์แรงดันไฟฟ้าที่นี่ตัวเก็บประจุที่ใหญ่กว่าจะทำให้ระลอกแรงดันไฟฟ้ามีขนาดเล็กลง

แน่นอนว่าทุกอย่างขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณ PWM ยิ่งความถี่สูงขึ้นเท่าไหร่เวลาก็ยิ่งเพิ่มขึ้น ดังนั้นความถี่ที่สูงขึ้นจะลดลงระลอกปัจจุบัน

เมื่อคุณสร้างหรือซื้อตัวเหนี่ยวนำตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวเหนี่ยวนำสามารถจัดการได้มากกว่ากระแสสูงสุดซึ่งเป็นกระแสเฉลี่ย + 50% ของระลอกปัจจุบัน

เมื่อคุณซื้อตัวเก็บประจุตรวจสอบให้แน่ใจว่ามี ESR ต่ำดังนั้นการสูญเสียพลังงานขั้นต่ำ

คำอธิบายที่ดีมากเกี่ยวกับวิธีการคำนวณการเหนี่ยวนำและความจุที่ต้องการอยู่ในเว็บไซต์นี้: http://www.daycounter.com/LabBook/BuckConverter/Buck-Converter-Equations.phtmlนอกจากนี้ยังมีเครื่องคิดเลขที่คุณสามารถใช้ในการคำนวณ ความเหนี่ยวนำและความจุที่ต้องการ

การออกแบบตัวแปลง Buck (หรือ Boost) ของคุณเองนั้นสนุกจริงๆ! คุณต้องคำนึงถึงการสลับบัญชีและการสูญเสียสื่อกระแสไฟฟ้าในสวิตช์การสูญเสียการนำไฟฟ้าและแกนกลางในตัวเหนี่ยวนำการสูญเสียความจุและไดโอด การออกแบบตัวแปลงบั๊กกำลังมองหาความถี่ C และ L รวมกับประสิทธิภาพสูงสุดและต้นทุนต่ำสุด (และอย่าแปลงตัวแปลงของคุณเป็นเครื่องส่งสัญญาณวิทยุเหมือนที่ฉันทำเมื่อเช้านี้ :-P)

ภาพจากวิกิพีเดียซึ่งมีบทความดี ๆ เกี่ยวกับการแปลงเจ้าชู้

ตัวเลือกของตัวเหนี่ยวนำมีความสำคัญด้วยเหตุผลหลายประการ:

• มันกำหนดระลอกปัจจุบันที่มาจากตัวเก็บประจุและดังนั้นแรงดันไฟฟ้าระลอกที่กำหนดบน ESR ของพวกเขาซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าระลอกเอาท์พุทของคุณ
• มันกำหนดให้โหลดตัวแปลงเปลี่ยนจากโหมดไม่ต่อเนื่องเป็นโหมดต่อเนื่องซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องทราบสำหรับความเสถียรของลูปป้อนกลับ (ตัวบั๊กโหมดไม่ต่อเนื่องต้องการเครือข่ายการชดเชยเพียงขั้วเดียวเท่านั้น; peak และ RMS switch power นั้นสูงกว่าใน buck-mode ที่ไม่ต่อเนื่องมากกว่าใน buck-mode แบบต่อเนื่องที่ระดับพลังงานเดียวกัน) และวัฏจักรหน้าที่ (Buck-mode ที่ไม่ต่อเนื่องนั้นมีองค์ประกอบ dead-time ที่ทำให้รอบการทำงานแตกต่างกันตามโหลด ; วัฏจักรหน้าที่ของโหมดบั๊กต่อเนื่องได้รับการแก้ไขเป็นหลักโดยคำนึงถึงภาระ)
• อัตราการฆ่าตัวเหนี่ยวนำในปัจจุบันจะวางขอบเขตบนการตอบสนองชั่วคราวของตัวแปลง

โดยทั่วไปแล้วการเลือกตัวเหนี่ยวนำที่คุณต้องการแล้วปรับขนาดความจุเอาต์พุตในแง่ของแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อม ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ESR แบบรวมให้คุณได้ระลอกคลื่นที่คุณต้องการและแคปได้รับการจัดอันดับอย่างเหมาะสมสำหรับกระแสระลอกและความถี่ที่ตัวเหนี่ยวนำจะได้รับ

คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวเหนี่ยวนำจะไม่อิ่มตัวภายใต้เงื่อนไขที่เลวร้ายที่สุดของคุณเนื่องจากการโอเวอร์โหลดเนื่องจากกระแสไฟฟ้ากระแสตรงสามารถทำให้การซึมผ่านของวัสดุแม่เหล็กที่จะม้วนออกซึ่งจะส่งระลอกคลื่นสลับสูง หากคุณไม่เคยมีประสบการณ์เกี่ยวกับการออกแบบแม่เหล็กมันง่ายกว่าที่จะเลือกตัวเหนี่ยวนำแบบ off-the-shelf เหมาะสำหรับเจ้าชู้ (เช่นที่ระบุว่าสามารถจัดการกระแสไฟฟ้าได้มากน้อยแค่ไหนก่อนอิ่มตัว)

[มันสนุกกับการเล่นด้วยวัสดุเฟอร์ไรท์แบบกระจายช่องว่างอย่างเซนดัสและคูล - มู่ซึ่งสามารถใช้งานได้หลายอย่างในทางที่ผิดโดยไม่อิ่มตัวและระเบิดสวิตช์ของคุณ แต่ฉันเชือนแช ... ]

Linearมีเอกสารข้อมูลที่ยอดเยี่ยมพร้อมข้อมูลมากมายเกี่ยวกับการเลือกส่วนประกอบสำหรับ SMPS ของคุณ ยกตัวอย่างเช่นเมื่อฉันมองไปที่แผ่นข้อมูลสำหรับLTC3127ผมเห็นส่วนสำหรับบั๊ก-Boost เหนี่ยวนำการเลือก , ส่งออกและขาเข้า Capacitor เลือกและตัวเก็บประจุตัวอย่างการเลือก เอกสารข้อมูลทางเทคนิคมีการคำนวณอย่างละเอียด