Cálculo del tamaño de tapa e inductor para convertidor reductor

¿Cuál es la idea de elegir el valor de inductor y condensador para convertidores DCDC de inversión (sin número de pieza específico, en general)?

He intentado uno aleatorio con baja resistencia, y funciona un poco, pero quiero saber la idea detrás del cálculo del valor óptimo (basado en la frecuencia y la corriente máxima).

Este es un convertidor básico de dinero:

La corriente a través del inductor es $I_L$ , el voltaje sobre el inductor es $V_L$ . El voltaje sobre la carga (la resistencia) y el condensador es $V_{out}$ . El estado superior se llama estado encendido y el estado inferior se llama estado apagado. El interruptor está controlado por una señal PWM.

La relación entre e es: Cuando el interruptor del convertidor está cerrado, , por lo que el voltaje sobre el inductor es positivo. Esto significa que la corriente a través del inductor aumentará como se describe en la relación anterior. Cuando el interruptor está cerrado, (la caída de voltaje sobre el diodo se descuida aquí). Entonces la corriente a través del inductor disminuirá.$V_L$$I_L$

$$V_{L}=L\frac{dI_L}{dt}$$ $V_L = V_{in} - V_{out}$$V_L = - V_{out}$

La inductancia limita la tasa de aumento y disminución de la corriente. Por lo tanto, use un inductor más grande para una onda de corriente más pequeña. Debido a que un condensador actúa como un amortiguador de voltaje aquí, un condensador más grande hará que la tensión se reduzca.

Todo depende, por supuesto, de la frecuencia de la señal PWM. Cuanto mayor es la frecuencia, menor es el tiempo para que aumente la corriente. Entonces, una frecuencia más alta disminuirá la ondulación actual.

Cuando haga o compre un inductor, asegúrese de que la corriente que el inductor puede manejar sea mayor que la corriente máxima, que es la corriente promedio + 50% de la ondulación actual.

Cuando compre un condensador, asegúrese de que tenga un ESR bajo, de modo que las pérdidas de energía sean mínimas.

En este sitio encontrará muy buenas explicaciones sobre cómo calcular la inductancia y capacitancia requeridas: http://www.daycounter.com/LabBook/BuckConverter/Buck-Converter-Equations.phtml También hay una calculadora que puede usar para calcular el Inductancia y capacitancia requeridas.

¡Diseñar su propio convertidor de dinero (o impulso) es realmente divertido! Debe tener en cuenta las pérdidas de conmutación y conductancia en el interruptor, las pérdidas de conductancia y núcleo en el inductor, las pérdidas en la capacitancia y el diodo. Al diseñar un convertidor buck se busca la combinación de frecuencia, C y L con la mayor eficiencia y el menor costo. (Y no conviertas tu convertidor en un transmisor de radio como hice esta mañana :-P)

La imagen es de Wikipedia, que tiene un gran artículo sobre convertidores de dinero .

La elección del inductor es crítica por numerosas razones:

• dicta la corriente de ondulación de los condensadores y, por lo tanto, el voltaje de ondulación impuesto a sus ESR, que es el voltaje de ondulación de salida
• dicta a qué carga el convertidor pasa del modo discontinuo al continuo, lo cual es importante saber para la estabilidad del bucle de retroalimentación (un dólar de modo discontinuo solo necesita una red de compensación de un solo polo; un dólar de modo continuo necesita dos), disipación de potencia ( la potencia del interruptor pico y RMS es más alta en un dólar de modo discontinuo que en un dólar de modo continuo al mismo nivel de potencia) y ciclo de trabajo (un dólar de modo discontinuo tiene un componente de tiempo muerto que hace que el ciclo de trabajo varíe con la carga ; el ciclo de trabajo de un dólar de modo continuo se fija esencialmente con respecto a la carga)
• la velocidad de respuesta actual del inductor colocará un límite superior en la respuesta transitoria del convertidor

En general, es más fácil elegir el inductor que desea y luego dimensionar la capacitancia de salida en términos de voltaje de ondulación; asegúrese de que la ESR combinada le proporcione la ondulación que desea y que las tapas tengan la clasificación adecuada para la corriente y frecuencia de ondulación que proporcionará el inductor.

Debe asegurarse de que el inductor no se saturará en el peor de los casos de sobrecarga, ya que la corriente de CC puede hacer que la permeabilidad del material magnético se desenrolle, lo que enviará la onda de conmutación a un nivel alto. Si no tiene experiencia en el diseño magnético, es más fácil elegir un inductor listo para usar adecuado para un dólar (es decir, uno que especifique cuánta corriente puede manejar antes de saturar).

[Es divertido jugar con material de ferrita de espacio distribuido como Sendust y Kool-Mu, que puede soportar muchos abusos sin saturar y hacer saltar los interruptores, pero estoy divagando ...]

Linear tiene excelentes hojas de datos con mucha información sobre la selección de componentes para su SMPS. Por ejemplo, cuando miro la hoja de datos para el LTC3127 , veo secciones para la Selección del inductor Buck-Boost , la Selección del capacitor de salida y entrada y el Ejemplo de selección del capacitor . Las hojas de datos tienen cálculos detallados.