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Selezione dell'induttore nell'alimentatore switching DC-DC
13 Jan 2024
1. Introduzione
Gli induttori sono ampiamente utilizzati nella progettazione dei circuiti e le loro funzioni principali nei circuiti includono
accumulo di energia, filtraggio, soffocamento, risonanza, adattamento, ecc. I parametri principali di

induttanza sono i seguenti:


Tabella 1 Parametri chiave dell'induttanza

NO.

Nome

Significato

1
Induttanza L

Maggiore è la L, maggiore è la capacità di accumulo di energia, minore è l'ondulazione e minore è la capacità di filtraggio richiesta. Tuttavia, maggiore è L, maggiore è solitamente la dimensione dell'induttanza richiesta, con conseguente aumento del DCR e una diminuzione dell'efficienza DC-DC, che a sua volta aumenta il costo dell'induttanza .

2
Se stesso
armonico
frequenza
f0

A causa della presenza di capacità parassita nell'induttore, esiste una frequenza di autorisonanza. Al di là di questo f0, l'induttanza mostra un effetto di capacità, mentre al di sotto di questo f0, l'induttanza mostra un effetto di induttanza (l'impedenza aumenta con la frequenza).

3
DC
resistenza
DCR

La resistenza CC totale del filo smaltato utilizzato tra gli elettrodi del prodotto. Secondo W=I2R, la DCR può causare perdite di energia, ridurre l'efficienza DC-DC ed è anche la causa principale del riscaldamento per induttanza.

4
Resistenza CA
RAC

Il valore di resistenza di un induttore a una frequenza specificata, composto principalmente dalla resistenza CC della bobina dell'induttore ( effetto pelle in CA), perdita del nucleo magnetico e perdita dielettrica. Maggiore è il RAC, maggiore è il valore Q.

5
Saturazione
attuale Isat

Solitamente si riferisce al valore di corrente continua corrispondente ad una diminuzione del 30% dell'induttanza.


2、Calcola l'induttanza minima


Calcola l'induttanza minima e considera di dividere il circuito di conversione DC-DC in circuito Buck e circuito Boost.

Calcolo del valore minimo di induttanza per un circuito Buck
La formula per calcolare l'induttanza minima di un circuito di conversione Buck è la seguente:



in cui:


Tabella 2 Significato dei parametri


Nome
Significato
Vin
Tensione di ingresso
Va bene
Tensione di uscita
Fs
frequenza di commutazione
ΔI
Corrente di picco induttiva
solitamente Δ Se prendo "1/2" della corrente nominale Irat, la formula sopra cambia come segue:


Calcolo del valore minimo di induttanza per 2 circuiti Boost
La formula per calcolare l'induttanza minima del circuito di conversione Boost è la seguente:




La corrente massima che scorre attraverso il circuito di conversione CC-CC, Imax, secondo Δ I assorbe il 50% della corrente nominale Irat e la formula di calcolo è la seguente:



3、Selezione dell'induttanza



1. Calcolare il valore dell'induttanza
È necessario calcolare il valore dell'induttanza in base alla precisione dell'induttanza e lasciare un certo margine.

Per induttori con una precisione del 20%, se il margine progettato è del 5%, il valore di induttanza richiesto da progettare è:



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


2、Calcolo dell'induttanza nominale



L'induttanza effettiva utilizzata sarà leggermente maggiore dell'induttanza che abbiamo calcolato e la chiameremo induttanza nominale.

Prendendo come esempio il circuito Boost, con una tensione di ingresso di 4,2 V, una frequenza di commutazione di 1,2 MHz, una corrente di uscita di 500 mA e una tensione di uscita di 5 V, l'induttanza richiesta è:


Quindi: L=2,24 μ H × 1,25=2,8 μ H. Rispetto a 2,8 μ L'induttanza nominale per H leggermente più grande è 3,3 μ H. Quindi l'induttanza esterna di DC-DC è selezionata come induttanza 3,3 μ H.


3、Calcolo della corrente

Confermare che la corrente di saturazione Isat dell'induttore selezionato dovrebbe essere maggiore di Imax e che la corrente di aumento della temperatura dovrebbe essere maggiore della corrente di uscita. Requisiti attuali:


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


4、NOTA
UN. La frequenza di autorisonanza f0 dell'induttore dovrebbe essere superiore a 10 volte la frequenza di commutazione Fs.
B. Impostare il valore più piccolo della corrente di saturazione Isat e della corrente di aumento della temperatura Irms.
C. Nella regione ad alta corrente, il DCR gioca un ruolo decisivo e maggiore è il DCR, minore è l'efficienza di conversione.
D. Gli induttori impilati hanno una migliore dissipazione del calore, un valore ESR inferiore e un costo inferiore rispetto agli induttori avvolti, ma hanno una resistenza di corrente inferiore rispetto agli induttori avvolti.
e. La scelta di induttori con schermatura magnetica (schermatura o rivestimento adesivo magnetico) può migliorare efficacemente l'EMI.f. La dimensione dell'induttanza: a parità di induttanza nominale, la dimensione influisce direttamente sul
costo della selezione del materiale.
G. La saturazione dell'induttanza può causare un forte aumento della corrente, aumentare la temperatura dell'induttore e influire sulla durata di altri componenti.
I parametri CA degli induttori vengono misurati a una frequenza di onda sinusoidale di 100K e, nelle applicazioni pratiche, è necessario confermare se l'induttanza è adatta attraverso la misurazione effettiva




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