Cálculo do tamanho da tampa e do indutor para o conversor buck

Qual é a idéia de escolher o valor do indutor e do capacitor para os conversores buck DCDC (sem número de peça específico, em geral)?

Eu tentei um aleatório com baixa resistência, e meio que funciona, mas quero saber a ideia por trás do cálculo do valor ideal (com base na frequência e na corrente máxima).

Este é um conversor buck básico:

A corrente de calha o indutor é , a tensão sobre o indutor é V L . A tensão através da carga (o resistor) e do condensador é V o u t . O estado superior é chamado de estado ligado e o estado inferior é chamado de estado desativado. O interruptor é controlado por um sinal PWM.$I_L$$V_L$$V_{out}$

$V_L$$I_L$

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

A indutância limita a taxa de aumento e diminuição da corrente. Portanto, use um indutor maior para uma menor ondulação de corrente. Como um capacitor age como um buffer de voltagem aqui, um capacitor maior tornará a voltagem menor.

Tudo depende, é claro, da frequência do sinal PWM. Quanto maior a frequência, menor o tempo para a corrente aumentar. Portanto, uma frequência mais alta diminuirá a ondulação atual.

Ao criar ou adquirir um indutor, verifique se a corrente que o indutor pode suportar é maior que a corrente de pico, que é a corrente média + 50% da ondulação atual.

Quando você compra um capacitor, verifique se ele tem ESR baixo, para perdas mínimas de energia.

Explicações muito boas sobre como calcular a indutância e capacitância necessárias estão neste site: http://www.daycounter.com/LabBook/BuckConverter/Buck-Converter-Equations.phtml Há também uma calculadora que você pode usar para calcular a indutância e capacitância necessárias.

Projetar seu próprio conversor buck (ou boost) é realmente divertido! É necessário levar em consideração as perdas de comutação e condutância no comutador, perdas de condutância e núcleo no indutor, perdas de capacitância e diodo. Projetar um conversor buck está procurando a combinação de frequência C e L com a mais alta eficiência e o menor custo. (E não transforme seu conversor em um transmissor de rádio como eu fiz esta manhã :-P)

A imagem é da Wikipedia, que tem um ótimo artigo sobre conversores buck .

A escolha do indutor é crítica por várias razões:

• ele determina a corrente de ondulação originada nos capacitores e, portanto, a tensão de ondulação imposta em seus ESRs, que é a sua tensão de ondulação de saída
• ele determina em qual carga o conversor transita do modo descontínuo para o contínuo, o que é importante saber sobre a estabilidade do loop de feedback (um fan de modo descontínuo precisa apenas de uma rede de compensação unipolar; um fan de modo contínuo precisa de dois), dissipação de energia ( a potência de pico e de comutação RMS é maior em um fanfarrão no modo descontínuo do que em um fanfarrão no modo contínuo no mesmo nível de potência) e no ciclo de trabalho (um fanfarrão no modo descontínuo possui um componente de tempo morto que faz com que o ciclo de trabalho varie com a carga ; o ciclo de serviço de um fanfarrão de modo contínuo é essencialmente fixo em relação à carga)
• a taxa de rotação atual do indutor colocará um limite superior na resposta transitória do conversor

Em geral, é mais fácil escolher o indutor desejado e dimensionar a capacitância de saída em termos de tensão de ondulação; verifique se o ESR combinado fornece a ondulação desejada e se os limites são classificados de acordo com a corrente e a frequência de ondulação que o indutor fornecerá.

Você deve certificar-se de que o indutor não sature sob sua pior condição de sobrecarga, pois a corrente DC pode causar a permeabilidade do material magnético, o que provocará um aumento na ondulação da chave. Se você não tem experiência em design magnético, é mais fácil escolher um indutor pronto para uso (por exemplo, um que especifique quanta corrente ele pode suportar antes de saturar).

[É divertido brincar com material de ferrite com espaço distribuído, como Sendust e Kool-Mu, que pode sofrer muitos abusos sem saturar e explodir seus interruptores, mas discordo ...]

O Linear possui excelentes folhas de dados com muitas informações sobre a seleção de componentes para o seu SMPS. Por exemplo, quando olho para a folha de dados do LTC3127 , vejo as seções para Seleção de indutores Buck-Boost , Seleção de capacitores de saída e entrada e Exemplo de seleção de capacitores . As folhas de dados têm cálculos detalhados.