Tính kích thước của nắp và cuộn cảm cho bộ chuyển đổi buck

9

Ý tưởng của việc chọn giá trị cuộn cảm & tụ điện cho bộ chuyển đổi buck DCDC (nói chung không có số phần cụ thể) là gì?

Tôi đã thử một cách ngẫu nhiên với điện trở thấp và nó hoạt động tốt, nhưng muốn biết ý tưởng đằng sau việc tính toán giá trị tối ưu (dựa trên freq và dòng điện tối đa).

dc-dc-converter buck

— BarsMonster
nguồn

Đây là một video tốt về chủ đề này . Tôi nghĩ rằng cái này dù sao đi nữa.

— Trưởng khoa

8

Đây là một công cụ chuyển đổi buck cơ bản:

Dòng điện máng inductor là , điện áp trên cuộn cảm là . Điện áp trên tải (điện trở) và tụ điện là . Trạng thái trên được gọi là trạng thái bật và trạng thái dưới cùng được gọi là trạng thái tắt. Công tắc được điều khiển bởi tín hiệu PWM. $I_L$ $V_L$ $V_{out}$

$V_L$ $I_L$

V_{L} = L \frac{d I_{L}}{d t}

$V_{L}=L\frac{dI_L}{dt}$

V_{L} = V_{i n} - V_{o u t}

$V_L = V_{in} - V_{out}$

V_{L} = - V_{o u t}

$V_L = - V_{out}$

Độ tự cảm giới hạn tốc độ tăng giảm của dòng điện. Vì vậy, sử dụng một cuộn cảm lớn hơn cho một gợn hiện tại nhỏ hơn. Bởi vì một tụ điện hoạt động giống như một bộ đệm điện áp ở đây, một tụ điện lớn hơn sẽ làm cho điện áp gợn nhỏ hơn.

Tất cả mọi thứ phụ thuộc vào tần số của tín hiệu PWM. Tần số càng cao, thời gian để dòng điện tăng càng nhỏ. Vì vậy, một tần số cao hơn sẽ làm giảm gợn hiện tại.

Khi bạn thực hiện hoặc mua một cuộn cảm, hãy đảm bảo dòng điện mà cuộn cảm có thể xử lý lớn hơn dòng điện cực đại là dòng điện trung bình + 50% của gợn hiện tại.

Khi bạn mua một tụ điện, hãy chắc chắn rằng nó có ESR thấp để tổn thất điện năng tối thiểu.

Giải thích rất hay về cách tính độ tự cảm và điện dung cần có trên trang web này: http://www.daycorer.com/LabBook/BuckConverter/Buck-Converter-Equations.phtml Ngoài ra còn có một máy tính mà bạn có thể sử dụng để tính toán yêu cầu điện cảm và điện dung.

Thiết kế bộ chuyển đổi buck (hoặc boost) của riêng bạn thực sự rất thú vị! Bạn phải tính đến việc chuyển đổi tài khoản và tổn thất độ dẫn trong công tắc, độ dẫn điện và tổn thất lõi trong cuộn cảm, tổn thất trong điện dung và diode. Thiết kế một bộ chuyển đổi buck đang tìm kiếm tần số, kết hợp C và L với hiệu quả cao nhất và chi phí thấp nhất. (Và đừng biến bộ chuyển đổi của bạn thành một máy phát radio như tôi đã làm sáng nay :-P)

Hình ảnh từ Wikipedia có một bài viết tuyệt vời về bộ chuyển đổi buck .

— i.amniels
nguồn

4

Sự lựa chọn của cuộn cảm là rất quan trọng vì nhiều lý do:

nó chỉ ra dòng điện gợn có nguồn gốc từ các tụ điện, và do đó, điện áp gợn áp đặt trên ESR của chúng, đó là điện áp gợn đầu ra của bạn
nó ra lệnh tại đó tải chuyển đổi bộ chuyển đổi từ chế độ không liên tục sang chế độ liên tục, điều quan trọng cần biết là tính ổn định của vòng phản hồi (một chế độ không liên tục chỉ cần một mạng bù một cực; một chế độ liên tục cần hai), tản điện ( công suất cực đại và công tắc RMS cao hơn ở một chế độ không liên tục so với ở chế độ liên tục ở cùng mức công suất) và chu kỳ nhiệm vụ (một chế độ không liên tục có thành phần thời gian chết làm cho chu kỳ nhiệm vụ thay đổi theo tải ; chu kỳ nhiệm vụ của buck chế độ liên tục về cơ bản được cố định liên quan đến tải)
tốc độ xoay hiện tại của cuộn cảm sẽ đặt một ranh giới trên cho phản ứng nhất thời của bộ chuyển đổi

Nói chung, dễ dàng hơn để chọn cuộn cảm mà bạn muốn sau đó kích thước điện dung đầu ra theo điện áp gợn; đảm bảo ESR kết hợp cung cấp cho bạn độ gợn bạn muốn và các nắp được xếp hạng phù hợp với dòng điện và tần số gợn mà cuộn cảm sẽ cung cấp.

Bạn phải chắc chắn rằng cuộn cảm sẽ không bão hòa trong điều kiện quá tải trong trường hợp xấu nhất của bạn, vì dòng điện một chiều có thể làm cho tính thấm của vật liệu từ tính bị đẩy ra sẽ làm cho gợn chuyển đổi cao. Nếu bạn không có kinh nghiệm trong thiết kế từ tính, việc chọn một cuộn cảm ngoài giá phù hợp cho một cái xô (nghĩa là chỉ định mức độ dòng điện có thể xử lý trước khi bão hòa) sẽ dễ dàng hơn.

[Thật thú vị khi chơi với vật liệu ferrite khoảng cách phân tán như Sendust và Kool-Mu, có thể gây ra nhiều sự lạm dụng mà không làm bão hòa và làm nổ tung các công tắc của bạn, nhưng tôi lạc đề ...]

— Adam Lawrence
nguồn

2

Tuyến tính có dữ liệu tuyệt vời với nhiều thông tin về việc chọn các thành phần cho SMPS của bạn. Ví dụ, khi tôi nhìn vào biểu dữ liệu cho LTC3127, tôi thấy các phần cho Lựa chọn cuộn cảm Buck-Boost , Lựa chọn tụ điện đầu ra và đầu vào và ví dụ về lựa chọn tụ điện . Các datasheets có tính toán chi tiết.

— stevenvh
nguồn