ฉันจะเลือกค่าตัวเหนี่ยวนำที่ถูกต้องสำหรับตัวควบคุมบั๊กได้อย่างไร

ก่อนอื่นฉันดูดคณิตศาสตร์นิดหน่อยและฉันไม่มีอัจฉริยะทางอิเล็กทรอนิกส์ดังนั้นสิ่งที่ฉันทำคือเพื่อความสนุกสนานและเพื่อการเรียนรู้ ...

ฉันกำลังทำงานกับวงจรเจ้าชู้เพื่อแปลง USB Vbus 5V ของฉันเป็น 3.3V ฉันได้เลือกAP5100แล้วและพบว่ามันค่อนข้างท้าทายที่จะเข้าใจถึงค่าที่ถูกต้องของส่วนประกอบบางอย่าง

แผ่นข้อมูลระบุค่า R1 (49.9kΩ) และ R2 (16.2kΩ) อย่างเรียบร้อยในตารางที่ 1 ในหน้า 6 เพื่อสร้างแรงดันเอาต์พุต 3.3V แต่ฉันพบว่ารถไฟชนกันเล็กน้อยเข้าใจวิธีการคำนวณ ค่าตัวเหนี่ยวนำสำหรับตัวเหนี่ยวนำ L1 แผ่นข้อมูลระบุ 3.3µH ในหน้า 2, รูปที่ 3:

ฉันต้องการเข้าใจวิธีคำนวณ 3.3µH ดีขึ้นและในกรณีนี้นี่คือค่าที่ถูกต้องสำหรับใบสมัครของฉัน

ตอนนี้กลับไปที่แผ่นข้อมูลสูตรการคำนวณ L ระบุว่า:

$$L = \frac{Vout \times (Vin - Vout)}{Vin \times \Delta IL \times fSW}$$

โดยที่ΔILเป็นกระแสเหนี่ยวนำระลอกคลื่นและ fSW เป็นความถี่ในการสลับสับเปลี่ยนของตัวแปลงสัญญาณ

แผ่นข้อมูลระบุ:

เลือกระลอกเหนี่ยวนำปัจจุบันเป็น 30% ของกระแสโหลดสูงสุด กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงสุดสูงสุดคำนวณจาก:

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

เอาล่ะนี่คือที่ที่ฉันหลงทางอย่างสุดขีดและพยายามทำให้ดีที่สุดเพื่อห่อสมองเล็ก ๆ ของฉันรอบ ๆ คุณค่า

ฉันรู้ดังต่อไปนี้:

• Vin = 5V (USB Vbus)
• Vout = 3.3V
• fSW = 1.4MHz
• ฉัน = 2.4A (ฉันคิดว่า)

วิธีการหนึ่งกำหนดΔIL (กระแสระลอก) เพื่อให้ได้ค่าตัวเหนี่ยวนำ

สูตรของฉันควรมีลักษณะเช่นนี้ในท้ายที่สุดใช่ไหม

$$L = \frac{3.3V \times (5V - 3.3V)}{5V \times \Delta IL \times 1.4MHz}$$

แต่ΔILคืออะไร

นอกจากนี้ฉันคิดว่าตัวแปลงบั๊กควรอนุญาตช่วงอินพุตสำหรับ Vin ในกรณีของอันนี้คือ 4.75V ถึง 24V?

นี่คือแผนผังของฉันที่ฉันวาดใน Eagle CAD:

$\frac{\text{L di} }{\text{dt}}$

• $\frac{V \text{$\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}}}$

เนื่องจากคุณกำลังมองหา Linear Tech คุณควร (ตามที่ Anindo Ghosh ชี้ให้เห็น) ควรพิจารณาใช้การสนับสนุน CAD ของพวกเขาด้วย

สำหรับการออกแบบวงจรการควบคุมเจ้าชู้มันอาจเป็นการดีกว่าที่จะเริ่มต้นด้วยหนึ่งในเครื่องมือออกแบบพลังงานออนไลน์ฟรีต่าง ๆบนเว็บไซต์ของผู้ผลิตเช่น:

• Fairchild Semiconductor: นักออกแบบเว็บจ่ายไฟ
• เทคโนโลยีเชิงเส้น: LTPowerCAD
• Texas Instruments: WeBench Power Designerและเครื่องมือออกแบบ SwitcherPro

โดยการให้ความต้องการของคุณ (รวมถึงระลอกคลื่นที่ยอมรับได้เป็นต้น) เป็นพารามิเตอร์เครื่องมือมักจะเลือกชุดของตัวควบคุมที่ตรงตามวัตถุประสงค์ นี่เป็นวิธีที่ปลอดภัยกว่าเริ่มต้นด้วยตัวควบคุมที่ตัดสินใจไว้แล้วจากนั้นพยายามเบี่ยงเบนจากค่าที่ระบุในแผ่นข้อมูลสำหรับองค์ประกอบสนับสนุน

เครื่องมือ "ผู้ออกแบบกำลังไฟฟ้า" ฟรีจำนวนมากที่กล่าวถึงนี้ให้การเรียกเก็บเงินวัสดุที่สมบูรณ์เป็นผลลัพธ์ - รวมถึงตัวเหนี่ยวนำ (s) ที่จำเป็นโดยทั่วไปแล้วจะมีหมายเลขชิ้นส่วน

บางคน (เช่น TI WeBench) มีการจัดวางที่แนะนำและการประมาณพื้นที่บอร์ดที่ต้องการ เครื่องมือบางอย่างช่วยให้พื้นที่บอร์ดที่ต้องการเป็นพารามิเตอร์การออกแบบเพิ่มเติมเช่นเดียวกับการนับส่วนประกอบ, ค่าใช้จ่ายและการตั้งค่าอื่น ๆ

มันอาจช่วยให้เข้าใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณเลือกตัวเหนี่ยวนำของค่าที่ไม่ถูกต้อง

หากคุณเลือกตัวเหนี่ยวนำที่มีค่าต่ำเกินไปกระแสที่ไหลผ่านจะเปลี่ยนไปมากเกินไปในแต่ละช่วงเวลาการสลับ กระแสอาจเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงเวลาเปลี่ยนที่เกินความสามารถในปัจจุบันของวงจรที่ขับเคลื่อนตัวเหนี่ยวนำ กระแสไฟกระเพื่อมสูงนี้ยังไม่ดีสำหรับตัวเก็บประจุที่ด้านเอาท์พุท การสูญเสีย ESR ในตัวเก็บประจุจะสูงหรือกระแสระลอกจะเกินพิกัดของตัวเก็บประจุและจะล้มเหลว

หากคุณเลือกตัวเหนี่ยวนำที่มีค่ามากเกินไปคุณจะต้องจ่ายค่าตัวเหนี่ยวนำจำนวนมากที่คุณไม่ต้องการ ตัวเหนี่ยวนำที่มีแกนมีกระแสอิ่มตัว นี่คือกระแสที่แกนกลางไม่สามารถใช้ฟลักซ์แม่เหล็กได้อีกต่อไปและตัวเหนี่ยวนำหยุดเป็นตัวเหนี่ยวนำที่มีแกนกลางและเริ่มเป็นลวดเกือบ สำหรับแกนที่กำหนดของขนาดและวัสดุที่กำหนดคุณสามารถสร้างตัวเหนี่ยวนำที่มีการเหนี่ยวนำที่สูงขึ้นได้ง่ายๆโดยการใส่ลวดรอบอื่น ๆ แต่แต่ละรอบเหล่านี้ก่อให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กมากขึ้นดังนั้นเมื่อเพิ่มจำนวนรอบมากขึ้นคุณจะลดความอิ่มตัวของกระแสไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำเนื่องจากกระแสของคุณจะถูกคูณด้วยจำนวนรอบของลวดที่จะมาถึงฟลักซ์แม่เหล็กผ่านตัวเหนี่ยวนำ . ดังนั้นหากคุณต้องการการเหนี่ยวนำที่สูงกว่าที่ความอิ่มตัวของสีเดียวกันคุณจะต้องมีแกนที่ใหญ่กว่า

ฉันจะให้คำอธิบายของคณิตศาสตร์กับคำตอบอื่น ฉันไม่ได้เก่งที่สุดในเรื่องแบบนี้

วิธีการหนึ่งกำหนดΔIL (กระแสระลอก) เพื่อให้ได้ค่าตัวเหนี่ยวนำ

ใช้กฎง่ายๆที่ได้รับจากผู้ผลิตชิป (เลือกค่าที่เท่ากับ 30% ของกระแสไฟขาออก DC สูงสุดที่คุณคาดไว้) นอกจากนี้ยังมีหมายเหตุในหน้า 8 ที่ระบุว่า "ตัวเหนี่ยวนำ1μHถึง10μHที่มีพิกัดกระแส DC อย่างน้อย 25% เปอร์เซ็นต์สูงกว่ากระแสโหลดสูงสุดที่แนะนำสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่"

ฉัน = 2.4A (ฉันคิดว่า)

อย่างไรก็ตามดูเหมือนว่าคุณไม่แน่ใจว่ากระแส DC สูงสุดที่คุณคาดหวังคืออะไร

ลองดูที่รูปคลื่นนี้ยืมมาจากวิกิพีเดีย:

กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะแสดงที่ด้านล่าง ขนาดของทางลาดถูกกำหนดโดย

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

$I_{av}$

โปรดจำไว้ว่าส่วนนี้มีการชดเชยข้อผิดพลาดภายในแอมป์ซึ่งจะทำให้ข้อ จำกัด ในตัวกรองเอาท์พุท LC (ไม่เบี่ยงเบนจากช่วงเหนี่ยวนำของพวกเขาจนกว่าคุณจะมีอุปกรณ์ในการวัดการตอบสนองความถี่วงปิดของตัวแปลง)