1_DC-DC基本拓扑升降压

作者: 莫狄 | 来源:发表于2018-09-30 11:06 被阅读0次

电路图根据步骤添加相关参数和电路缺省部分

电感(采用L x I 图解法选电感)

升降压变换器：
设输入电压为12~15v，输出电压为5v,最大负载电流为2A。如果开关频率是200kHz，那么推荐电感多少？

(1)对于升降压变换器，需要从V_INMIX(12v)开始设计电感；
(2)占空比为：D=Vo/(Vo+V_IN)=5/(5+12)=0.294;

(3)周期为: T = 1/f = 1/200kHz = 5(µS)；

(4)导通时间t_ON为： t_ON = D x T = 0.294 x 5 =1.47(µS)；

(5)伏秒积（用导通时间计算）为：V_IN x t_ON=12 x 1.47=17.64(V·µS)；

(6)若r=0.4,Et=17.64V·µS，则L x I_L=Et/r=17.64/0.4=44.1(µS·A);

(7)对于2A负载，I_L=I_o/(1 - D)=2/(1 - 0.294)=2.9A;

(8)因此，需要L=44.1/2.9=15.2(µH);

(9)电感额定值必须不小于(1+r/2) x I_L=1.2 x 2.9=3.48 A。

综上所述，需要一个 15.2µH/3.48A 的(或接近此值的)电感。

一般电感设计步骤：

升降压变换器：
设输入电压为12~15v，输出电压为5v,最大负载电流为2A。(在最大负载时)预计电流纹波率为0.4。若V_SW=1.5v,V_D=0.5V,f=200kHz。试选择一个成品电感并校验此应用。

(1)对于升降压变换器，需要从V_INMIX(12v)开始设计电感；
(2)占空比为：D=(V_o + V_D)/(V_IN+V_o - V_SW + V_D)=(5 +0.5)/(12 + 5 - 1.5 + 0.5)=0.34756；

(3)导通时间t_ON为： t_ON = D / f = 0.34756/200 000=1.7378(µS)；

(4)当开关管导通时，电感两端的电压为：
V_ON=V_IN - V_SW=12 - 1.5=10.5(V);

(5)伏秒积（用导通时间计算）为：Et=V_ON x t_ON=10.5 x 1.7378=18.2469(V·µS);

(6)若r=0.4,Et=18.2469 V·µS，则L x I_L=Et/r=18.2469/0.4=45.61725(µS·A);

(7)对于2A负载，I_L=I_o/(1 - D)=2/(1 - 0.34756)=3.1A;

(8)因此，需要L=(L x I_L) / I_L=18.2469 / 3.1=6.9(µH);

(9)电感额定值必须不小于(1+r/2) x I_L=1.2 / 3.1=3.72A。

综上所述，需要一个 6.9µH/3.72A 的(或接近此值的)电感。

选择成品电感并校验所选电感是否合适

所选成品电感的电感值为10µH±20%，接近6.9µH的需要，并且它的额定电流为3.8A，非常接近3.1A的需求。现在校验其他参数是否适用。
所选成品电感链接

贴片成品电感（来自立创商城）

I_DC(A) L_DC(µH) 饱和电流(A)MAX DCR(mΩ) L测定频率(kHz)

3.8 10±20% 4.1 18.5±20% 100

所选电感饱和电流为4.1A，比峰值电流3.72A大，符合要求。

频率对电感值影响

在200kHz位置，频率对电感值几乎不影响

额定频率和电流的电感值
由图可知电感值还在可接受范围以内且比10µH大

由于数据手册其他参数没有(温升，铜损，磁损，磁通密度等)，这里只能分析到这里。目前各项参数都符合要求(在200kHz频率和特定电流下电感值有明显上升(比10大)在可接受范围)

一般二极管选择步骤

二极管额定电流：2I_o=2 x 2=4(A);

二极管额定电压：(1 + 20%) x (V_o + V_INMAX)=1.2 x (5 + 15)=24(V);

二极管反向耐压： $\sqrt{2}$ x 额定电压=1.414 x 24=34(V);

二极管选型

所选二极管的反向电压为40V，接近34V的需求；并且它的额定电流为5A，非常接近4A的需求；它的额定电压为28V，接近24V的需求；压降为0.5V。
所选肖特基二极管链接

肖特基二极管(来自立创商城)

一般开关管选择步骤

最大占空比：D_MAX= $\frac{V_{O}+V_{D}}{V_{INMAX}+V_{O}-V_{SW}+V_{D}}$ =

最大占空比处的平均电感电流：I_{L_DMAX} $\frac{I_{O}}{1-D_{DMAX}}$

开关导通时间：t_{ON_DMAX}= $\frac{D_{MAX}}{f}$

开关管导通时，电感两端电压：V_{ON_DMAX}= $V_{INMAX}-V_{SW}$

伏微秒积：Et_DMAX= $V_{ON\_DMAX}\times t_{ON\_DMAX}$

最大占空比处的电流纹波率：r_DMAX= $\frac{Et_{DMAX}}{L\ast I_{L}}$

开光管有效电流：I_{RMS_IN}= $I_{L\_DMAX}\ast \sqrt{D_{MAX}\ast \left ( 1+\frac{r_{DMAX^{2}}}{12} \right ) }$

开关管额定电流：2 x I_{RMS_IN}=
开关管额定电压：(1+20%) x (V_O + V_INMAX)=

未完待续

一般输出电容选择步骤

输出电容最大有效值电流：
I_{RMS_OUT}= $I_{O}\times \sqrt{\frac{D_{MAX}+(r_{DMAX^{2}}/12)}{1-D_{MAX}}}$

额定纹波电流：I_{RMS_OUT}

额定电压：(1+20%)V_O=

电容电流峰峰值： $I_{O}\times (1+r_{DMAX}/2)/(1-D_{MAX})$

输出电容量：

未完待续

一般输入电容选择步骤

输入电容最大有效值电流：
I_{RMS_IN}= $I_{L\_DMAX}\times \sqrt{D_{MAX}\times (1-D_{MAX}+\frac{r_{DMAX^{2}}}{12})}$

额定纹波电流：I_{RMS_IN}

额定电压：(1+20%)V_INMAX

电容电流峰峰值：I_O x (1+r_DMAX/2)

输入电容量：

未完待续

一般控制芯片选择步骤

未完待续