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Buck拓扑结构的DC-DC电路的电感值如何计算

(2017-09-19 21:24:59)
标签:

buck拓扑结构

buck拓扑结构的dc-dc

电感值如何计算

分类: 硬件设计

Buck拓扑结构的DC-DC电路的电感值如何计算

电子玩家/文


一,三种基础拓扑(buck  boost  buck-boost)的电路基础:

1, 电感的电压公式 = ,推出ΔI=V×ΔT/L

2, sw闭合时,电感通电电压VON,闭合时间tON  sw关断时,电感电压VOFF,关断时间tOFF

3, 功率变换器稳定工作的条件:ΔION=ΔIOFF即,电感在导通和关断时,其电流变化相等。那么由1,2的公式可知,VON =L×ΔION/ΔtON ,VOFF =L×ΔIOFF/ΔtOFF ,则稳定条件为伏秒定律:VON×tON=VOFF×tOFF

4, 周期T,频率f,T=1/f,占空比D=tON/T=tON/(tON+tOFF)→tON=D/f =TD

→tOFF=(1-D)/f


二,Buck电路


Buck拓扑结构的DC-DC电路的电感值如何计算

5, 电容的输入输出平均电流为0,在整个周期内电感平均电流=负载平均电流,所以有:IL=Io

6, 二极管只在sw关断时流过电流,所以ID=IL×(1-D)

7, 则平均开关电流Isw=IL×D

8, 由基尔霍夫电压定律知:

    Sw导通时:VIN =VON+VO+VSW → VON=VIN-VO-       VSW≈VIN-VO假设VSW相比足够小

    VO=VIN-VON-VSW≈VIN-VON

    Sw关断时:VOFF =VO+VD → VO=VOFF-VD≈VOFF          假设VD相比足够小

9, 由3、4可得D=tON/(tON+tOFF)=VOFF/(VOFF +        VON)

     由8可得:D=VO/{(VIN-VO)+VO}

     D=VO/ VIN

10,直流电流IDC=电感平均电流IL,即IDC≡IL=Io 见5

11,纹波电流IAC=ΔI/2=VIN(1-D)D/ 2Lf=VO(1-                D)/2Lf

     由1,3、4、9得,

     ΔI=VON×tON/L

      =(VIN-VO)×D/Lf=(VIN-DVIN)×D/Lf=VIN(1-         D)xD/ Lf

      ΔI/ tON=VON/L=(VIN-VO)/L

      ΔI=VOFF×tOFF/L

     =VOT(1-D)/L

     =VO(1-D)/Lf

     ΔI/ tOFF=VOFF/L=VO/L

12,电流纹波率r=ΔI/ IL=2IAC/IDC 在临界导通模式下,IAC         =IDC,此时r=2 见P51

     r=ΔI/ IL=VON×D/Lf IL=(VIN-VO)×D/Lf IL

      =VOFF×(1-D)/Lf IL=VO×(1-D)/Lf IL

13,峰峰电流IPP=ΔI=2IAC=r×IDC=r×IL

14,峰值电流IPK=IDC+IAC=(1+r/2)×IDC=(1+r/2)          ×IL=(1+r/2)×IO

       最恶劣输入电压的确定:

       VO、Io不变,VIN对IPK的影响:

      D=VO/ VIN  VIN增加↑→D↓→ΔI↑, IDC=IO,不变,所以             IPK↑。


三,设计案例


Buck拓扑结构的DC-DC电路的电感值如何计算

某型号的DC-DC集成电路输入电压范围是4.7-16V,现在有个电路用它来把12V转为3.3V,最大输出电流是2A。如果开关频率是500KHZ,那么电感的推荐值是多大?

解:

(1)buck电路在VIN=12V时设计电感

(2)占空比:D=VO/ VIN=3.3/12=0.275

(3)L=VO×(1-D)/ rf I=3.3*(1-                                                     0.275)/(0.4*500*103*2)=5.98μH

(4)IPK=(1+r/2)×IO=(1+0.4/2)*2=2.4A

(5)需要5.98μH 饱和电流2.4A附近的电感


 

Buck拓扑结构的DC-DC电路的电感值如何计算


Buck拓扑结构的DC-DC电路的电感值如何计算


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