Wybór cewki w zasilaczu impulsowym DC-DC

13 Jan 2024

1. Wstęp

Cewki indukcyjne są szeroko stosowane w projektowaniu obwodów, a ich główne funkcje w obwodach obejmują

magazynowanie energii, filtrowanie, dławienie, rezonans, dopasowanie itp. Główne parametry

indukcyjność jest następująca:

Tabela 1 Kluczowe parametry indukcyjności

NIE.	Nazwa	Znaczenie
1	Indukcyjność l	Im większe L, tym większa zdolność magazynowania energii, tym mniejsze tętnienie i mniejsza wymagana pojemność filtrowania. Jednakże im większe L, tym zwykle wymagany jest większy rozmiar indukcyjności , co skutkuje wzrostem DCR i spadkiem wydajności DC-DC, co z kolei zwiększa koszt indukcyjności.
2	Samego siebie harmoniczny częstotliwość f0	Ze względu na obecność pasożytniczej pojemności w cewce indukcyjnej istnieje częstotliwość rezonansowa. Powyżej tej wartości f0 indukcyjność wykazuje efekt pojemnościowy, natomiast poniżej tej wartości f0 indukcyjność wykazuje efekt indukcyjności (impedancja rośnie wraz z częstotliwością).
3	DC opór DCR	Całkowita rezystancja prądu stałego emaliowanego drutu zastosowanego pomiędzy elektrodami produktu. Według W=I2R, DCR może powodować straty energii, zmniejszać sprawność DC-DC, a także jest główną przyczyną nagrzewania indukcyjnego.
4	Rezystor prądu przemiennego RAK	Wartość rezystancji cewki indukcyjnej przy określonej częstotliwości, składająca się głównie z rezystancji prądu stałego cewki cewki ( efekt naskórkowości pod wpływem prądu przemiennego), strat w rdzeniu magnetycznym i strat dielektrycznych. Im większy RAC, tym wyższa wartość Q.
5	Nasycenie aktualny Iz	Zwykle odnosi się do wartości prądu stałego odpowiadającej 30% spadkowi indukcyjności.

2. Oblicz minimalną indukcyjność

Oblicz minimalną indukcyjność i rozważ podzielenie obwodu konwersji DC-DC na obwód Buck i obwód Boost.

Obliczanie minimalnej wartości indukcyjności dla obwodu Buck

Wzór na obliczenie minimalnej indukcyjności obwodu konwersji Buck jest następujący:

w której:

Tabela 2 Znaczenie parametru

Nazwa	Znaczenie
Win	Napięcie wejściowe
Vout	Napięcie wyjściowe
Fs	częstotliwość przełączania
ΔI	Indukcyjny prąd szczytowy

zwykle Δ Jeśli wezmę „1/2” prądu znamionowego Irat, wówczas powyższy wzór zmieni się w następujący sposób:

Obliczenie minimalnej wartości indukcyjności dla 2 obwodów Boost

Wzór na obliczenie minimalnej indukcyjności obwodu konwersji Boost jest następujący:

Maksymalny prąd przepływający przez obwód konwersji DC-DC, Imax, zgodnie z Δ Przyjmuję 50% prądu znamionowego Irat i wzór obliczeniowy jest następujący:

3、Wybór indukcyjności

1. Oblicz wartość indukcyjności

Konieczne jest obliczenie wartości indukcyjności na podstawie dokładności indukcyjności i pozostawienie pewnego marginesu.

W przypadku cewek indukcyjnych o dokładności 20%, jeśli projektowany margines wynosi 5%, wymagana wartość indukcyjności do zaprojektowania wynosi:

L = （1+20%+5%）*Lmin

2. Obliczenie indukcyjności nominalnej

Rzeczywista zastosowana indukcyjność będzie nieco większa niż obliczona przez nas indukcyjność i nazywamy ją indukcyjnością nominalną.

Biorąc za przykład obwód Boost, przy napięciu wejściowym 4,2 V, częstotliwości przełączania 1,2 MHz, prądzie wyjściowym 500 mA i napięciu wyjściowym 5 V, wymagana indukcyjność wynosi:

Zatem: L = 2,24 μ H × 1,25 = 2,8 μ H. W porównaniu do 2,8 μ Nominalna indukcyjność dla nieco większego H wynosi 3,3 μ H. Zatem indukcyjność zewnętrzna DC-DC jest wybierana jako indukcyjność 3,3 μ H.

3、Obliczenia prądu

Upewnij się, że prąd nasycenia Isat wybranej cewki indukcyjnej powinien być większy niż Imax, a prąd wzrostu temperatury powinien być większy niż prąd wyjściowy. Aktualne wymagania:

Imax=Iwyj+1/2×ΔI=Iwyj+1/4×Iwy=1,25×Iwyj=1,25×0,5A=0,625A

4. UWAGA

A. Częstotliwość rezonansowa f0 cewki indukcyjnej powinna być większa niż 10-krotność częstotliwości przełączania Fs.

B. Ustaw mniejszą wartość prądu nasycenia Isat i prądu wzrostu temperatury Irms.

C. W regionie o wysokim natężeniu prądu DCR odgrywa decydującą rolę, a im większy DCR, tym niższa wydajność konwersji.

D. Cewki uzwojone charakteryzują się lepszym rozpraszaniem ciepła, niższą wartością ESR i niższym kosztem niż cewki uzwojone, ale mają niższą rezystancję prądową niż cewki uzwojone.

mi. Wybór cewek z ekranowaniem magnetycznym (ekran lub magnetyczna powłoka klejąca) może skutecznie poprawić EMI.f. Wielkość indukcyjności: Przy tej samej indukcyjności nominalnej wielkość wpływa bezpośrednio na

koszt doboru materiału.

G. Nasycenie indukcyjności może spowodować gwałtowny wzrost prądu, podnieść temperaturę cewki indukcyjnej i wpłynąć na żywotność innych elementów.

Parametry AC cewek mierzone są przy częstotliwości fali sinusoidalnej 100K, a w zastosowaniach praktycznych konieczne jest potwierdzenie, czy indukcyjność jest odpowiednia poprzez rzeczywisty pomiar

tagi :