Как выбрать правильное значение индуктора для следующего стабилизатора напряжения?

Во-первых, я немного отстой в математике, и я не гений электроники, поэтому я делаю вещи для развлечения и для обучения ...

Я работаю над схемой понижающего преобразователя, чтобы преобразовать USB Vbus 5 В в 3,3 В. Я выбрал AP5100 и нашел довольно сложным определить правильные значения для некоторых компонентов.

В техническом описании аккуратно указаны значения для R1 (49,9 кОм) и R2 (16,2 кОм) в Таблице 1 на странице 6, чтобы установить выходное напряжение 3,3 В, но я нахожу это немного разбитым, понимая, как рассчитать значение индуктивности для индуктора L1. Таблица данных показывает 3,3 мкГн на странице 2, рисунок 3:

Я хочу лучше понять, как рассчитывается 3,3 мкГн, и действительно ли это правильное значение для моего приложения.

Теперь вернемся к таблице, формула для расчета L имеет вид:

Где ΔIL - ток пульсации индуктора, а fSW - частота переключения понижающего преобразователя.

Лист данных заявляет:

Выберите ток пульсации индуктора, чтобы он составлял 30% от максимального тока нагрузки. Максимальный пиковый ток индуктора рассчитывается из:

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

Хорошо, это то, где я ужасно потерян и стараюсь изо всех сил обернуть мой крошечный мозг вокруг ценности.

Я знаю следующее:

• Vin = 5 В (USB Vbus)
• Vout = 3,3 В
• fSW = 1,4 МГц
• Я = 2,4 А (я думаю)

Как определить ΔIL (пульсирующий ток), чтобы получить значение индуктора?

Моя формула должна выглядеть примерно так в конце концов, верно?

Но что такое ΔIL?

Также я подумал, что понижающий преобразователь должен был обеспечить диапазон входов для Vin, в случае этого, от 4,75 В до 24 В?

Вот моя схема, которую я рисую в Eagle CAD:

Выбор значения индуктора для регулятора доллара осуществляется непосредственно из V = . Где V - напряжение на индуктивности, а i - ток через него. Во-первых, вы хотите разработать для случая, когда индуктор находится в режиме непрерывной проводимости (CCM). Это означает, что энергия в индуктивности не заканчивается во время цикла переключения. Итак, есть два состояния: одно, где переключатель включен, и другое, где переключатель выключен (и выпрямитель включен). Напряжение на катушке индуктивности во время каждого состояния является по существу постоянным (хотя это разное значение для каждого состояния). В любом случае, поскольку напряжение является постоянным, уравнение индуктора может быть линеаризовано (и переставлено так, чтобы получить L). $\frac{\text{L di} }{\text{dt}}$

• L = - это основа для уравнения, которое вы видели в примечании к приложению.$\frac{V \text{$\Delta $t}}{\text{$\Delta $I}}$

• $\text {$\Delta $I}$ - это то, что вы определяете, а не определяете.

Вы захотите сохранить работу CCM, поэтому определите как небольшую долю тока индуктора (I). Хороший выбор - 10% от I. Поэтому для вашего случая будет равно 0,24A. Это также будет определять пульсацию тока в выходных конденсаторах, и чем меньше пульсация тока, тем меньше пульсация напряжения на выходе. $\text {$\Delta $I}$$\text {$\Delta $I}$

Теперь вы можете выбрать оптимальное значение L, используя и (и, следовательно, коэффициент D = ). Но вы также можете быстро переоценить индуктивность, если вы не учитываете используя L ~ (подробнее об этом этот взгляд здесь Как выбрать индуктор для цепи регулятора доллара? ). Может оказаться целесообразным завышение оценки, особенно если вы находитесь на ранней стадии разработки или точно не знаете, какой будет выходной ток (выходной ток обычно оказывается выше ожидаемого). $V_{\text{in}}$$V_o$$\frac {V_o} {V_ {\text {in}}}$$V_{\text{in}}$$\frac{10 V_o}{I_o F_{\text{sw}}}$

Поскольку вы смотрите на Linear Tech, вы должны (как указала Аниндо Гош) также использовать их поддержку САПР.

Для разработки схемы регулирования доллара, возможно, было бы лучше начать с одного из различных бесплатных онлайн-инструментов проектирования мощности на веб-сайтах производителей, таких как:

• Fairchild Semiconductor: Источник питания WebDesigner
• Линейная технология: LTPowerCAD
• Texas Instruments: инструмент проектирования WeBench Power и инструмент проектирования SwitcherPro

Предоставляя ваши требования (включая приемлемую пульсацию, например) в качестве параметров, инструмент обычно выбирает набор контроллеров, которые соответствуют цели. Обычно это более безопасный подход, чем начинать с уже определенного контроллера, а затем пытаться отклониться от указанных в техническом описании значений для компонентов поддержки.

Многие из упомянутых бесплатных инструментов «конструктора мощности» предоставляют полный перечень материалов в качестве выходных данных, включая необходимые катушки индуктивности, обычно с номерами деталей.

Некоторые (например, TI WeBench) также предоставляют рекомендованный макет и требуемые оценки площади платы. Некоторые инструменты дополнительно предоставляют желаемое пространство на плате в качестве параметра конструкции, а также количество компонентов, стоимость и другие параметры.

Это может помочь понять, что произойдет, если вы выберете индуктор неправильного значения.

Если вы выберете индуктор со слишком низким значением, ток, проходящий через него, будет меняться слишком сильно в каждом периоде переключения. В период переключения ток может возрасти настолько, что он превосходит возможности тока схемы, управляющей индуктором. Этот высокий ток пульсации также не подходит для конденсатора на выходной стороне. Потери ESR в конденсаторе будут высокими, или пульсирующий ток превысит номинальное значение конденсатора, и он выйдет из строя.

Если вы выберете индуктор со слишком большим значением, вы будете платить за большое количество индукторов, которые вам не нужны. Индукторы с сердечником имеют ток насыщения. Это ток, при котором сердечник не может больше воспринимать магнитный поток, и индуктор перестает быть индуктором с сердечником и начинает становиться почти проводом. Для данного сердечника данного размера и материала, вы можете сделать индуктор с более высокой индуктивностью, просто приложив больше витков провода вокруг него. Но каждый из этих витков вносит больший магнитный поток, поэтому, добавляя больше витков, вы также уменьшаете ток насыщения индуктора, так как ваш ток будет умножен на число витков провода, чтобы достичь магнитного потока через индуктор , Таким образом, если вы хотите более высокую индуктивность при том же токе насыщения, вам нужен физически больший сердечник.

Я оставлю объяснение математики в другой ответ. Я не лучший в таких вещах.

Как определить ΔIL (пульсирующий ток), чтобы получить значение индуктора?

Используйте эмпирическое правило, предоставленное производителем микросхемы (выберите значение, равное 30% ожидаемого максимального выходного тока постоянного тока). Кроме того, на странице 8 есть примечание, в котором говорится: «Для большинства применений рекомендуется использовать индуктор от 1 мкГ до 10 мкГн с номинальным постоянным током, по меньшей мере, на 25% превышающим максимальный ток нагрузки».

Я = 2,4 А (я думаю)

Тем не менее, звучит так, будто вы не уверены, каков ваш максимальный выходной постоянный ток.

Взгляните на эту форму сигнала, бесстыдно позаимствованную из Википедии:

Ток индуктивности показан внизу. Величина пандусов определяется

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

$I_{av}$

Также имейте в виду, что эта часть имеет внутреннюю компенсацию усилителя ошибок, которая налагает ограничения на выходной LC-фильтр (не отклоняйтесь от их диапазона индуктивности, если у вас нет оборудования для измерения частотной характеристики преобразователя с обратной связью).