Làm thế nào để tôi chọn giá trị cuộn cảm chính xác cho bộ điều chỉnh buck sau đây?

Trước hết, tôi học một chút về toán học, và tôi không phải là thiên tài điện tử, vì vậy những thứ tôi làm là để giải trí và cho mục đích học tập ...

Tôi đang làm việc trên một mạch chuyển đổi buck để chuyển đổi USB Vbus 5V thành 3.3V. Tôi đã chọn AP5100 và thấy khá khó khăn để tìm ra các giá trị chính xác trên một số thành phần.

Bảng dữ liệu chỉ định gọn gàng các giá trị cho R1 (49,9kΩ) và R2 (16,2kΩ) trong Bảng 1 trên trang 6, để thiết lập điện áp đầu ra là 3,3V, nhưng tôi thấy nó hơi khó hiểu về cách tính toán giá trị điện cảm cho cuộn cảm L1. Bảng dữ liệu chỉ ra 3,3 DrakeH trên trang 2, Hình 3:

Tôi muốn hiểu rõ hơn cách tính 3,3 CỰC, và nếu thực tế đây là giá trị chính xác cho ứng dụng của tôi.

Bây giờ trở lại biểu dữ liệu, công thức tính L được nêu là:

Trong đó ΔIL là dòng điện gợn của cuộn cảm và fSW là tần số chuyển đổi buck.

Bảng dữ liệu trạng thái:

Chọn dòng điện gợn của cuộn cảm là 30% dòng tải tối đa. Dòng điện cực đại cực đại được tính từ:

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

Được rồi, đây là nơi tôi mất mát khủng khiếp và cố gắng hết sức để bọc bộ não nhỏ bé của mình xung quanh giá trị.

Tôi biết những điều sau đây:

• Vin = 5V (USB Vbus)
• Vout = 3,3V
• fSW = 1,4 MHz
• Tôi = 2,4A (tôi nghĩ)

Làm thế nào để xác định ΔIL (dòng gợn) để có được giá trị điện dẫn?

Công thức của tôi cuối cùng sẽ trông giống như thế này, phải không?

Nhưng ΔIL là gì?

Ngoài ra tôi nghĩ rằng bộ chuyển đổi buck được cho là cho phép một loạt các đầu vào cho Vin, trong trường hợp của bộ chuyển đổi này, từ 4,75V đến 24V?

Đây là sơ đồ của tôi, tôi đang vẽ trong Eagle CAD:

Việc chọn giá trị điện dẫn cho bộ điều chỉnh buck xuất phát trực tiếp từ V = . Trong đó V là điện áp trên cuộn cảm và i là dòng điện qua nó. Đầu tiên, bạn muốn thiết kế cho trường hợp cuộn cảm ở chế độ dẫn liên tục (CCM). Điều này có nghĩa là năng lượng trong cuộn cảm không hết trong chu kỳ chuyển mạch. Vì vậy, có hai trạng thái, một trạng thái bật công tắc và trạng thái tắt công tắc (và bộ chỉnh lưu được bật). Điện áp trên cuộn cảm trong mỗi trạng thái về cơ bản là một hằng số (mặc dù nó là một giá trị khác nhau cho mỗi trạng thái). Dù sao vì điện áp là một hằng số, phương trình cuộn cảm có thể được tuyến tính hóa (và được sắp xếp lại để cho L). $\frac{\text{L di} }{\text{dt}}$

• L = đây là cơ sở cho phương trình bạn đã thấy trong ghi chú ứng dụng.$\frac{V \text{$\Delta $t}}{\text{$\Delta $I}}$

• $\text {$\Delta $I}$ là thứ bạn xác định, không xác định.

Bạn sẽ muốn duy trì hoạt động CCM, vì vậy hãy xác định là một phần nhỏ của dòng điện dẫn (I). Một lựa chọn tốt là 10% của I. Vì vậy, đối với trường hợp của bạn sẽ là 0,24A. Điều này cũng sẽ xác định dòng điện gợn trong các tụ điện đầu ra, và dòng điện gợn ít hơn có nghĩa là điện áp gợn trên đầu ra ít hơn. $\text {$\Delta $I}$$\text {$\Delta $I}$

Bây giờ bạn có thể chọn giá trị tối ưu của L bằng cách sử dụng và (và do đó chu kỳ nhiệm vụ D = ). Nhưng bạn cũng có thể ước tính nhanh hơn về độ tự cảm khi bạn không xem xét bằng L ~ (để biết thêm Cái này nhìn ở đây Làm thế nào để chọn một cuộn cảm cho mạch điều chỉnh buck? ). Ước tính quá mức có thể đáng giá, đặc biệt nếu bạn sớm phát triển hoặc không chắc chắn chính xác dòng điện đầu ra sẽ là bao nhiêu (dòng đầu ra có xu hướng kết thúc cao hơn dự kiến ​​thường). $V_{\text{in}}$$V_o$$\frac {V_o} {V_ {\text {in}}}$$V_{\text{in}}$$\frac{10 V_o}{I_o F_{\text{sw}}}$

Vì bạn đang xem công nghệ tuyến tính, bạn nên (như Anindo Ghosh đã chỉ ra) cũng xem xét việc sử dụng hỗ trợ CAD của họ.

Để thiết kế mạch điều chỉnh buck, có thể tốt hơn là bắt đầu với một trong những công cụ thiết kế năng lượng trực tuyến miễn phí khác nhau trên các trang web của các nhà sản xuất, chẳng hạn như:

• Fairchild S bán dẫn: Cung cấp năng lượng WebDesigner
• Công nghệ tuyến tính: LTPowerCAD
• Dụng cụ Texas: Công cụ thiết kế WeBench Power và SwitcherPro

Bằng cách cung cấp các yêu cầu của bạn (bao gồm cả Ripple có thể chấp nhận được) làm tham số, công cụ thường sẽ liệt kê một bộ điều khiển đáp ứng mục đích. Đây thường là một cách tiếp cận an toàn hơn so với bắt đầu với một bộ điều khiển đã được quyết định, sau đó cố gắng đi chệch khỏi các giá trị được chỉ định cho biểu dữ liệu cho các thành phần hỗ trợ.

Nhiều công cụ "thiết kế năng lượng" miễn phí được đề cập cung cấp một hóa đơn nguyên vật liệu hoàn chỉnh như một đầu ra - bao gồm (các) cuộn cảm cần thiết, thường có số phần.

Một số (ví dụ TI WeBench) cũng cung cấp bố cục được đề xuất và ước tính không gian bảng cần thiết. Một số công cụ tiếp tục cho phép không gian bảng mong muốn như một tham số thiết kế, cũng như số lượng thành phần, chi phí và các tùy chọn khác.

Nó có thể giúp hiểu những gì xảy ra nếu bạn chọn một cuộn cảm có giá trị sai .

Nếu bạn chọn một cuộn cảm có giá trị quá thấp, dòng điện qua nó sẽ thay đổi quá nhiều trong mỗi giai đoạn chuyển mạch. Dòng điện có thể phát triển rất nhiều trong giai đoạn chuyển mạch đến mức vượt quá khả năng hiện tại của mạch điều khiển cuộn cảm. Dòng điện gợn cao này cũng không tốt cho tụ điện ở phía đầu ra. Tổn thất ESR trong tụ điện sẽ cao hoặc dòng điện gợn sẽ vượt quá định mức của tụ điện và nó sẽ thất bại.

Nếu bạn chọn một cuộn cảm có giá trị quá lớn, bạn sẽ trả cho rất nhiều cuộn cảm mà bạn không cần. Cuộn cảm có lõi có dòng bão hòa. Đây là dòng điện mà lõi không thể lấy thêm từ thông nữa và cuộn cảm dừng là cuộn cảm có lõi và bắt đầu gần như một dây. Đối với một lõi nhất định có kích thước và vật liệu nhất định, bạn có thể tạo ra một cuộn cảm có độ tự cảm cao hơn chỉ bằng cách đặt nhiều vòng dây xung quanh nó. Tuy nhiên, mỗi lượt này đóng góp từ thông nhiều hơn, do đó, bằng cách thêm nhiều lượt, bạn cũng đang giảm dòng bão hòa của cuộn cảm, vì dòng điện của bạn sẽ được nhân với số vòng dây để đến từ thông qua cuộn cảm . Do đó, nếu bạn muốn có độ tự cảm cao hơn ở cùng dòng bão hòa, bạn cần lõi lớn hơn về mặt vật lý.

Tôi sẽ để lại một lời giải thích của toán học cho câu trả lời khác. Tôi không giỏi nhất trong những điều đó.

Làm thế nào để xác định ΔIL (dòng gợn) để có được giá trị điện dẫn?

Sử dụng quy tắc ngón tay cái do nhà sản xuất chip cung cấp (chọn giá trị bằng 30% dòng điện đầu ra DC tối đa dự kiến ​​của bạn). Ngoài ra, có một lưu ý ở trang 8 có nội dung "Một cuộn cảm 1μH đến 10μH có xếp hạng dòng điện DC cao hơn ít nhất 25% so với dòng tải tối đa được khuyến nghị cho hầu hết các ứng dụng."

Tôi = 2,4A (tôi nghĩ)

Tuy nhiên, có vẻ như bạn không chắc chắn dòng điện đầu ra DC tối đa dự kiến ​​của bạn là gì.

Hãy xem dạng sóng này được mượn một cách đáng xấu hổ từ Wikipedia:

Dòng điện dẫn được hiển thị ở dưới cùng. Độ lớn của đường dốc được xác định bởi

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

$I_{av}$

Cũng lưu ý rằng phần này có bù bộ khuếch đại lỗi bên trong, sẽ đặt các ràng buộc cho bộ lọc LC đầu ra (không đi lệch khỏi phạm vi tự cảm của chúng trừ khi bạn có thiết bị để đo đáp ứng tần số vòng kín của bộ chuyển đổi).