Induktorauswahl in DC-DC-Schaltnetzteilen

13 Jan 2024

1. Einleitung

Induktivitäten werden häufig im Schaltkreisdesign verwendet und ihre Hauptfunktionen in Schaltkreisen umfassen:

Energiespeicherung, Filterung, Drosselung, Resonanz, Anpassung usw. Die Hauptparameter von

Induktivität sind wie folgt:

Tabelle 1 Schlüsselparameter der Induktivität

NEIN.	Name	Bedeutung
1	Induktivität L	Je größer L, desto stärker ist die Energiespeicherkapazität, desto kleiner ist die Welligkeit und desto kleiner ist die erforderliche Filterkapazität . Je größer L ist, desto größer ist jedoch normalerweise die Induktivitätsgröße , was zu einer Erhöhung des DCR und einer Verringerung des DC-DC-Wirkungsgrads führt, was wiederum die Kosten der Induktivität erhöht.
2	Selbst harmonisch Frequenz f0	Aufgrund der parasitären Kapazität im Induktor entsteht eine Eigenresonanzfrequenz. Oberhalb dieses f0 weist die Induktivität einen kapazitiven Effekt auf, während sie unterhalb dieses f0 einen induktiven Effekt aufweist (die Impedanz steigt mit der Frequenz).
3	Gleichstrom Widerstand DCR	Der gesamte Gleichstromwiderstand des zwischen den Produktelektroden verwendeten Lackdrahtes. Laut W=I2R kann DCR Energieverluste verursachen , die DC-DC-Effizienz verringern und ist auch die Hauptursache für die Erwärmung der Induktivität.
4	Wechselstromwiderstand RAC	Der Widerstandswert eines Induktors bei einer bestimmten Frequenz, der sich hauptsächlich aus dem Gleichstromwiderstand der Induktorspule (Skin- Effekt bei Wechselstrom), magnetischen Kernverlusten und dielektrischen Verlusten zusammensetzt. Je größer der RAC, desto höher der Q-Wert.
5	Sättigung aktuelle Isat	Bezieht sich normalerweise auf den Gleichstromwert, der einer Verringerung der Induktivität um 30 % entspricht.

2、Berechnen Sie die minimale Induktivität

Berechnen Sie die minimale Induktivität und erwägen Sie die Aufteilung der DC-DC-Umwandlungsschaltung in eine Buck-Schaltung und eine Boost-Schaltung.

Berechnung des minimalen Induktivitätswerts für eine Buck-Schaltung

Die Formel zur Berechnung der minimalen Induktivität einer Abwärtswandlungsschaltung lautet wie folgt:

worin:

Tabelle 2 Parameterbedeutung

Name	Bedeutung
Vin	Eingangsspannung
Vout	Ausgangsspannung
Fs	Schaltfrequenz
ΔI	Induktiver Spitzenstrom

normalerweise Δ Wenn ich „1/2“ des Nennstroms Irat nehme, ändert sich die obige Formel wie folgt:

Berechnung des minimalen Induktivitätswerts für 2 Boost-Schaltkreise

Die Formel zur Berechnung der minimalen Induktivität der Boost-Umwandlungsschaltung lautet wie folgt:

Der maximale Strom, der durch die DC-DC-Umwandlungsschaltung fließt, Imax, beträgt gemäß Δ I 50 % des Nennstroms Irat, und die Berechnungsformel lautet wie folgt:

3、Auswahl der Induktivität

1. Berechnen Sie den Induktivitätswert

Es ist notwendig, den Induktivitätswert basierend auf der Genauigkeit der Induktivität zu berechnen und einen gewissen Spielraum zu lassen.

Bei Induktoren mit einer Genauigkeit von 20 % beträgt der erforderliche zu entwerfende Induktivitätswert, wenn die geplante Marge 5 % beträgt:

L = (1+20 %+5 %)*Lmin

2、Berechnung der Nenninduktivität

Die tatsächlich verwendete Induktivität ist etwas größer als die von uns berechnete Induktivität und wird als Nenninduktivität bezeichnet.

Am Beispiel der Boost-Schaltung mit einer Eingangsspannung von 4,2 V, einer Schaltfrequenz von 1,2 MHz, einem Ausgangsstrom von 500 mA und einer Ausgangsspannung von 5 V beträgt die erforderliche Induktivität:

Also: L = 2,24 μ H × 1,25 = 2,8 μ H. Im Vergleich zu 2,8 μ H beträgt die Nenninduktivität für etwas größeres H 3,3 μ H. Daher wird die externe Induktivität von DC-DC als 3,3 μ H-Induktivität ausgewählt.

3、Aktuelle Berechnung

Stellen Sie sicher, dass der Sättigungsstrom Isat des ausgewählten Induktors größer als Imax und der Temperaturanstiegsstrom größer als der Ausgangsstrom sein sollte. Aktuelle Anforderungen:

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

4、HINWEIS

A. Die Eigenresonanzfrequenz f0 der Induktivität sollte mehr als das Zehnfache der Schaltfrequenz Fs betragen.

B. Stellen Sie den kleineren Wert des Sättigungsstroms Isat und des Temperaturanstiegsstroms Irms ein.

C. Im Hochstrombereich spielt DCR eine entscheidende Rolle, und je größer der DCR, desto geringer ist die Umwandlungseffizienz.

D. Gestapelte Induktoren haben eine bessere Wärmeableitung, einen niedrigeren ESR-Wert und sind kostengünstiger als gewickelte Induktoren, haben aber einen geringeren Stromwiderstand als gewickelte Induktoren.

e. Die Wahl von Induktoren mit magnetischer Abschirmung (Abschirmung oder magnetische Klebebeschichtung) kann die EMI effektiv verbessern.f. Die Größe der Induktivität: Bei gleicher Nenninduktivität wirkt sich die Größe direkt auf die aus

Kosten für die Materialauswahl.

G. Die Sättigung der Induktivität kann zu einem starken Anstieg des Stroms führen, die Temperatur der Induktivität erhöhen und die Lebensdauer anderer Komponenten beeinträchtigen.

Die Wechselstromparameter von Induktoren werden bei einer Frequenz von 100 K Sinuswellen gemessen. In praktischen Anwendungen muss durch tatsächliche Messungen bestätigt werden, ob die Induktivität geeignet ist

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