降压稳压​​电路如何选择电感?

电器工程 电压调节器 开关模式电源 电感器 组件选择
2022-01-05 09:16:37

我正在设计一个降压稳压器电路,可能使用MAX16974作为稳压器。我以前从未做过这样的事情,实际上根本没有太多的模拟电子产品。我被困在应该选择电感器的部分。

部分问题在于有很多可供选择(Farnell 共有 13000 个)。我将它们过滤到大约 100。但我仍然不完全确定这些值是否正确,以及如何从剩下的其余部分中进行选择。

由于不会制作那么多副本,因此价格不是那么大的问题。

经过一番谷歌搜索后,我找到了德州仪器 (TI) 的应用笔记,其中涉及选择用于开关稳压器的电感器,但我无法计算出其中方程式中使用的一些常数。

更新:调节器将用于 10-20 伏输入(大部分约为 15 伏)。输出电压为 5 伏,电流约为 1A。

我现在真的不知道其他规格应该在哪里。我希望能够为需要 5VDC 的不同类型的设备供电,例如树莓派或通过 USB 为手机充电。

3个回答

这是计算在恒定导通模式 (CCM) 下运行的降压稳压器的电感值的一种快速但有点脏的方法。这将产生一个接近于通过更精确计算得到的电感,并且不会给您带来麻烦。

计算电感需要了解的内容:

  • 输出电压,\$V_o\$
  • 输出电流,\$I_o\$
  • 开关频率,\$F_{\text{sw}}\$
  • L = \$\frac{\text{$\Delta $t}V_o}{\text{$\Delta $I}}\$

做几个假设:

  • \$\text{$\Delta $I} = \frac{I_o}{10}\$
  • \$\text{$\Delta $t} = \frac{1}{F_{\text{sw}}}\$

所以

L = \$\frac{10 V_o}{I_o F_{\text{sw}}}\$

对于 \$I_o\$ = 1A 和 \$F_{\text{sw}}\$ = 2.2 MHz

L = 22.7 \$\文本{$\mu $H}\$

选择电感时:

  • 找到一个额定输出电流为 1.4 到 2 倍的产品。在这种情况下为 1.4A 至 2A。大多数标准电感器都规定在额定电流下发热 40C,这有点热。传导损耗与电流的平方成比例。使用 1.4 \$I_o\$ 的电流额定值将热量上升减少一半,而电流额定值 2 \$I_o\$ 将热量上升减少到 1/4。

  • 确保串联谐振频率 (SRF) 至少比开关频率高十倍。

我看到的最大问题是除了“我正在设计降压”之外,您没有指定任何参数。

如果您还没有弄清楚这些参数,请这样做:

  • 输入电压范围
  • 输出电压
  • 最大输出纹波
  • 最大输出电流
  • 输出电容的尺寸和 ESR

这些都很重要:

  • 电感纹波电流通常以占总直流输出电流的百分比为目标

  • 输出纹波电压是叠加在输出电容 ESR 上的电感峰峰值电流

  • 峰峰值纹波也与占空比有关,即

    \$\dfrac{V_{out}}{V_{in}}\$用于 CCM 模式,小于此用于 DCM 模式(取决于负载)

  • 在 CCM 中运行时存在反馈稳定性问题(CCM 限制了您在保持增益和相位裕度的同时可以实现的最大带宽)

  • 电感器必须在不饱和的情况下处理您想要的直流电流,并且绕组中的直流损耗必须在部件的限制范围内。

编辑:您的目标是 5V 时的 1A。如果您遵循“10% 经验法则”,则最大电感器峰峰值电流应为 100mA。

占空比:\$\dfrac{5V}{15V}=0.333\$

准时:\$\dfrac{0.333}{2.2MHz}=166.5ns\$

纹波电流:\$V_L = L \dfrac{\Delta I}{\Delta t}\$

\$ L = \dfrac{V_L \cdot \Delta t}{\Delta I} = \dfrac{(15V-5V) \cdot 166.5ns}{100mA} = 16.65 \mu H\$

较大的电感器将为您提供较小的纹波电流。反之亦然——更小的电感器会给你更大的纹波电流。

通常,纹波应为直流电平的 1% 或更少,因此如果您的目标电感纹波为 100mA,请确保输出电容 ESR 小于\$500m \Omega\$ 。这应该很容易。

为了获得良好的负载调节和低纹波,您希望电感器和电容器的串联电阻分别远小于开关的导通电阻。

对于 MAX16974,RON 在 SUPSW 和 LX 之间测量,ILX@ 500mA Ron= 185mΩ typ, 400 mΩ max

所以选择L 的 Rs 为 << 185 mΩ 例如 Ron 的 10~20% 或 (L) 的 Rs = 19 ~38 mΩ