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1_DC-DC基本拓扑升降压

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VINMIX(12v)开始设计电感;

(2)占空比为:D=Vo/(Vo+VIN)=5/(5+12)=0.294;

(3)周期为: T = 1/f = 1/200kHz = 5(µS);

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

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

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

(7)对于2A负载,IL=Io/(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 IL=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VSW=1.5v,VD=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VINMIX(12v)开始设计电感;

(2)占空比为:D=(Vo + VD)/(VIN+Vo - VSW + VD)=(5 +0.5)/(12 + 5 - 1.5 + 0.5)=0.34756;

(3)导通时间tON为: tON = 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:
VON=VIN - VSW=12 - 1.5=10.5(V);

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

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

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

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

(9)电感额定值必须不小于(1+r/2) x IL=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)
IDC(A) LDC(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:2Io=2 x 2=4(A);

二极管额定电压:(1 + 20%) x (Vo + VINMAX)=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:DMAX=\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:IL_DMAX\frac{I_{O}}{1-D_{DMAX}}

开关导通时间:tON_DMAX=\frac{D_{MAX}}{f}

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

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

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

开光管有效电流:IRMS_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 IRMS_IN=
开关管额定电压:(1+20%) x (VO + VINMAX)=

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:
IRMS_OUT=I_{O}\times \sqrt{\frac{D_{MAX}+(r_{DMAX^{2}}/12)}{1-D_{MAX}}}

额定纹波电流:IRMS_OUT

额定电压:(1+20%)VO=

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:
IRMS_IN= I_{L\_DMAX}\times \sqrt{D_{MAX}\times (1-D_{MAX}+\frac{r_{DMAX^{2}}}{12})}

额定纹波电流:IRMS_IN

额定电压:(1+20%)VINMAX

电容电流峰峰值:IO x (1+rDMAX/2)

输入电容量:

未完待续


一般控制芯片选择步骤

未完待续

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