Comment sélectionner la valeur d'inductance correcte pour le régulateur abaisseur suivant?

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Tout d'abord, je suis un peu nul en mathématiques, et je ne suis pas un génie de l'électronique, donc ce que je fais est pour le plaisir et à des fins d'apprentissage ...

Je travaille sur un circuit de convertisseur buck pour convertir mon USB Vbus 5V en 3,3V. J'ai sélectionné l' AP5100 et j'ai trouvé assez difficile de trouver les valeurs correctes sur certains composants.

La fiche technique spécifie soigneusement les valeurs de R1 (49,9 kΩ) et R2 (16,2 kΩ) dans le tableau 1 à la page 6, pour établir une tension de sortie de 3,3 V, mais je trouve cela un peu difficile de comprendre comment calculer la valeur d'inductance pour l'inductance L1. La fiche technique indique 3,3µH à la page 2, figure 3:

entrez la description de l'image ici

Je veux mieux comprendre comment le 3,3µH a été calculé, et si c'est en fait la valeur correcte pour mon application.

Revenons maintenant à la fiche technique, la formule de calcul de L est la suivante:

L = \frac{V o u t \times (V je n - V o u t)}{V je n \times Δ je L \times F S W}

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

Où ΔIL est le courant d'ondulation de l'inductance et fSW est la fréquence de commutation du convertisseur abaisseur.

La fiche technique indique:

Choisissez le courant d'ondulation de l'inductance à 30% du courant de charge maximum. Le courant de crête maximal de l'inductance est calculé à partir de:

$je L (M UNE X) = je L O UNE ré + \frac{Δ je L}{2}$ $IL(MAX) = ILOAD + \frac{\Delta IL}{2}$

D'accord, c'est là que je suis horriblement perdu, et j'essaie de mon mieux pour envelopper mon petit cerveau autour de la valeur.

Je sais ce qui suit:

Vin = 5V (USB Vbus)
Vout = 3,3 V
fSW = 1,4 MHz
I = 2,4 A (je pense)

Comment déterminer le ΔIL (courant d'ondulation) pour arriver à la valeur de l'inductance?

Ma formule devrait ressembler à ça à la fin, non?

L = \frac{3.3 V \times (5 V - 3.3 V)}{5 V \times Δ je L \times 1.4 M H z}

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

Mais qu'est-ce que ΔIL?

Aussi, je pensais que le convertisseur abaisseur était censé permettre une gamme d'entrées pour Vin, dans le cas de celui-ci, de 4,75 V à 24 V?

Voici mon schéma que je dessine dans Eagle CAD:

entrez la description de l'image ici

inductor buck inductance

— josef.van.niekerk
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$\frac{\text{L di} }{\text{dt}}$

$\frac{V \text{$\Delta $t}}{\text{$\Delta $I}}$
$\text {$\Delta $I}$

$\text {$\Delta $I}$ $\text {$\Delta $I}$

$V_{\text{in}}$ $V_o$ $\frac {V_o} {V_ {\text {in}}}$ $V_{\text{in}}$ $\frac{10 V_o}{I_o F_{\text{sw}}}$

Puisque vous regardez Linear Tech, vous devriez (comme l'a souligné Anindo Ghosh) également envisager d'utiliser leur support CAO.

— gsills
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La réponse à laquelle vous avez lié et votre message sont très utiles! Merci beaucoup!

— josef.van.niekerk

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Pour concevoir un circuit de régulation buck, il serait peut-être préférable de commencer avec l'un des divers outils gratuits de conception d'alimentation en ligne sur les sites Web des fabricants, tels que:

Fairchild Semiconductor: alimentation WebDesigner
Technologie linéaire: LTPowerCAD
Texas Instruments: WeBench Power Designer et SwitcherPro Design Tool

En fournissant vos exigences (y compris une ondulation acceptable par exemple) en tant que paramètres, l'outil sélectionne généralement un ensemble de contrôleurs qui répondent à l'objectif. Il s'agit généralement d'une approche plus sûre que de commencer avec un contrôleur déjà décidé, puis de tenter de s'écarter des valeurs spécifiées dans la fiche technique pour les composants de support.

La plupart des outils gratuits de "concepteur d'énergie" mentionnés fournissent une nomenclature complète en sortie, y compris les inducteurs nécessaires, généralement avec des numéros de pièce.

Certains (par exemple TI WeBench) fournissent également la disposition recommandée et les estimations d'espace de carte requises. Certains outils permettent en outre l'espace de carte souhaité comme paramètre de conception, ainsi que le nombre de composants, le coût et d'autres préférences.

— Anindo Ghosh
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Je viens de regarder la vidéo de démonstration sur LTPowerCAD, téléchargement occupé, merci pour cela.

— josef.van.niekerk

Bon sang! LTPowerCAD, .msi est pour Windows uniquement, je suis sur un Mac. :( Dieu merci pour VirtualBox.

— josef.van.niekerk

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Il peut être utile de comprendre ce qui se passe si vous sélectionnez un inducteur de mauvaise valeur.

Si vous sélectionnez une inductance avec une valeur trop faible, le courant qui le traverse changera trop à chaque période de commutation. Le courant peut augmenter tellement au cours d'une période de commutation qu'il dépasse la capacité actuelle des circuits entraînant l'inductance. Ce courant d'ondulation élevé n'est pas non plus agréable pour le condensateur côté sortie. Les pertes ESR dans le condensateur seront élevées ou le courant d'ondulation dépassera la valeur nominale du condensateur et il échouera.

Si vous sélectionnez un inducteur avec une valeur trop grande, vous paierez pour beaucoup d'inducteur dont vous n'avez pas besoin. Les inductances à noyau ont un courant de saturation. Il s'agit du courant auquel le noyau ne peut plus supporter de flux magnétique, et l'inducteur cesse d'être un inducteur avec un noyau, et commence à être presque un fil. Pour un noyau donné d'une taille et d'un matériau donnés, vous pouvez fabriquer un inducteur avec une inductance plus élevée simplement en mettant plus de tours de fil autour. Mais, chacun de ces tours contribue à plus de flux magnétique, donc en ajoutant plus de tours, vous diminuez également le courant de saturation de l'inductance, car votre courant sera multiplié par le nombre de tours de fil pour arriver au flux magnétique à travers l'inductance . Ainsi, si vous voulez une inductance plus élevée au même courant de saturation, vous avez besoin d'un noyau physiquement plus grand.

Je vais laisser une explication du calcul à une autre réponse. Je ne suis pas le meilleur dans de telles choses.

— Phil Frost
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@ josef.van.niekerk Je dois dire aussi que je ne suis pas le plus grand expert dans ce domaine, alors laissons cette réponse un peu et voyons si les vrais experts peuvent y percer :)

— Phil Frost

Je cherche également quelque chose de Linear Technologies, que je peux peut-être simuler dans LTSPice, qui pourrait peut-être aider à mieux comprendre le circuit.

— josef.van.niekerk

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Comment déterminer le ΔIL (courant d'ondulation) pour arriver à la valeur de l'inductance?

Utilisez la règle de base fournie par le fabricant de puces (sélectionnez une valeur égale à 30% de votre courant de sortie CC maximal prévu). En outre, il y a une note à la page 8 qui dit "Un inducteur de 1 μH à 10 μH avec un courant nominal CC d'au moins 25% pour cent plus élevé que le courant de charge maximal est recommandé pour la plupart des applications."

I = 2,4 A (je pense)

Cependant, il semble que vous ne soyez pas sûr de votre courant de sortie CC maximum prévu.

Jetez un œil à cette forme d'onde empruntée sans vergogne à Wikipedia:

emprunté sans vergogne à Wikipedia

Le courant d'inductance est indiqué en bas. L'amplitude des rampes est définie par

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

$I_{av}$

Gardez également à l'esprit que cette partie a une compensation d'amplificateur d'erreur interne, qui imposera des contraintes sur le filtre LC de sortie (ne déviez pas de leur plage d'inductance à moins que vous n'ayez un équipement pour mesurer la réponse en fréquence en boucle fermée du convertisseur).

— Adam Lawrence
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