Come scegliere un induttore adatto per un alimentatore di commutazione?

L'induttanza è anche chiamata strozzamento, che è caratterizzato da "inerzia molto grande" nella corrente che scorre attraverso di essa. In altre parole, a causa della continuità del flusso magnetico, la corrente sull'induttore deve essere continua, altrimenti verrà generato un grande picco di tensione. L'induttanza è una componente magnetica, e naturalmente c'è un problema di saturazione magnetica. Alcune applicazioni permettono all'induttore di saturarsi, alcune applicazioni permettono all'induttore di inserire la saturazione da un certo valore di corrente, e alcune applicazioni non consentono all'induttore di saturarsi, il che richiede distinzione in circuiti specifici.

Nella maggior parte dei casi, l'induttore lavora nella "regione lineare", in questo momento il valore di induttanza è una costante e non cambia con la tensione terminale e la corrente. Tuttavia, c'è un problema che non può essere ignorato nell'alimentatore di commutazione, cioè l'avvolgimento dell'induttanza causerà due parametri distribuiti (o parametri parassiti), uno è l'inevitabile resistenza all'avvolgimento, e l'altro è la distribuzione correlata al processo di avvolgimento e ai materiali. Capacità vagante.

La capacità vagante ha poco effetto alle basse frequenze, ma gradualmente diventa evidente all'aumentare della frequenza. Quando la frequenza è superiore a un certo valore, l'induttanza può diventare una caratteristica capacitiva. Se la capacità vagante è "concentrata" in un condensatore, il circuito equivalente dell'induttanza può essere usato per vedere le caratteristiche di capacità che appaiono dopo una certa frequenza.

Quando si analizzano le condizioni di lavoro dell'induttore nel circuito o si disegna la tensione e la forma d'onda di corrente, è possibile considerare le seguenti caratteristiche:

1. Quando una corrente I scorre attraverso l'induttore L, l'energia immagazzinata nell'induttore è:E=0,5×L×I2(1)

2. In un ciclo di commutazione, la relazione tra il cambiamento della corrente dell'induttore (corrente increspatura da picco a picco) e la tensione attraverso l'induttore è:V=(L×di)/dt(2)

Si può vedere che la grandezza della corrente di increspatura è correlata al valore di induttanza.

3. Proprio come i condensatori hanno correnti di ricarica e scarico, gli induttori hanno anche processi di carica e scarica di tensione. La tensione sul condensatore è proporzionale all'integrale della corrente (A·sec), e la corrente sull'induttore è proporzionale all'integrale della tensione (Volt·sec). Finché la tensione dell'induttore cambia, cambierà anche la velocità di corrente di variazione di/dt; la tensione in avanti fa salire la corrente linearmente, e la tensione inversa fa cadere linearmente la corrente.

Calcolare il valore di induttanza corretto è molto importante per scegliere l'induttore e il condensatore di uscita giusti per ottenere la più piccola increspatura di tensione di uscita.

Dalla figura 1 si può vedere che la corrente che scorre attraverso l'induttore dell'alimentatore di commutazione è composta da componenti CA e CC. Poiché il componente CA ha una frequenza più alta, fluirà nel terreno attraverso il condensatore di uscita e genererà la corrispondente tensione di ripple di uscita dv. =di×RESR. Questa tensione di increspatura dovrebbe essere il più bassa possibile, in modo da non influire sul normale funzionamento del sistema di alimentazione. Generalmente, il valore da picco a picco è 10mV ~ 500mV.

Figura 1: Corrente dell'induttore in un alimentatore di commutazione.

La dimensione della corrente di increspatura influisce anche sulle dimensioni dell'induttore e del condensatore di uscita. La corrente di increspatura è generalmente impostata sul 10%~30% della corrente di output massima. Pertanto, per un alimentatore step-down, il valore di picco della corrente che scorre attraverso l'induttore è superiore a quello dell'alimentatore. La corrente di output è più grande del 5%~15%.

Selezione dell'induttanza dell'alimentatore di commutazione step-down

Quando si sceglie un induttore per un alimentatore di commutazione step-down, è necessario determinare la tensione di ingresso massima, la tensione di uscita, la frequenza di commutazione dell'alimentazione, la corrente di increspatura massima e il ciclo di servizio. Di seguito viene riportata la figura 2 come esempio per illustrare il calcolo dell'induttanza di un alimentatore di commutazione step-down. In primo luogo, si supponga che la frequenza di commutazione sia di 300 kHz, che l'intervallo di tensione di ingresso sia 12V±10%, che la corrente di uscita sia 1A e che la corrente massima dell'increspatura sia di 300 mA.

Figura 2: Diagramma del circuito dell'alimentazione di commutazione step-down.

La tensione massima di ingresso è di 13,2 V e il ciclo di servizio corrispondente è:

D=Vo/Vi=5/13,2=0,379(3)

Tra questi, Vo è la tensione di uscita e Vi è la tensione di uscita. Quando il tubo dell'interruttore è acceso, la tensione sull'induttore è:

V=Vi-Vo=8,2 V(4)

Quando il tubo dell'interruttore è spento, la tensione sull'induttore è:

V=-Vo-Vd=-5,3 V(5)

dt=D/F(6)

Sostituendo la formula 2/3/6 in formula 2 si ottiene:

Selezione dell'induttanza dell'alimentatore di commutazione step-up

Per il calcolo del valore di induttanza dell'alimentatore di commutazione step-up, il metodo di calcolo è lo stesso dell'alimentatore di commutazione step-down, tranne per il fatto che la relazione tra il duty cycle e la tensione dell'induttore è stata modificata.

Prendiamo ad esempio la figura 3 per il calcolo. Supponendo che la frequenza di commutazione sia di 300 kHz, l'intervallo di tensione di ingresso è 5V±10%, la corrente di uscita è di 500 mA e l'efficienza è dell'80%, la corrente massima dell'increspatura è di 450 mA e il ciclo di servizio corrispondente è:

D=1-Vi/Vo=1-5,5/12=0,542(7)

Figura 3: Diagramma del circuito dell'alimentatore di commutazione step-up.

Quando il tubo dell'interruttore è acceso, la tensione sull'induttore è:

V=Vi=5,5 V(8)

Quando il tubo dell'interruttore è spento, la tensione sull'induttore è:

V=Vo+Vd-Vi=6,8 V(9)

Sostituendo la formula 6/7/8 in formula 2 si ottiene:

Si prega di notare che l'alimentatore step-up è diverso dall'alimentatore step-down in quanto la corrente di carico del primo non è sempre fornita dalla corrente dell'induttore. Quando il tubo dell'interruttore è acceso, la corrente dell'induttore fluisce nel terreno attraverso il tubo dell'interruttore e la corrente di carico viene fornita dal condensatore di uscita. Pertanto, il condensatore di uscita deve avere una capacità di accumulo di energia sufficiente a fornire la corrente richiesta dal carico durante questo periodo. Tuttavia, durante il periodo di spegnimento, la corrente che scorre attraverso l'induttore non solo fornisce il carico, ma carica anche il condensatore di uscita.

In generale, maggiore è il valore di induttanza, minore è l'increspatura di uscita, ma la risposta dinamica dell'alimentatore sarà di conseguenza peggiore. Pertanto, la selezione del valore di induttanza può essere regolata in base alle specifiche esigenze applicative del circuito per ottenere l'effetto più ideale.

L'aumento della frequenza di commutazione può ridurre il valore di induttanza, rendendo così più piccola la dimensione fisica dell'induttanza e risparmiando spazio sul circuito stampato. Pertanto, l'attuale alimentatore di commutazione ha una tendenza verso lo sviluppo ad alta frequenza per soddisfare i requisiti dei prodotti elettronici sempre più piccoli.

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