KA_IX

  • 2971 主题
  • 3021 帖子
  • 8505 积分
  • 身份:LV6 初级工程师
  • 论坛新秀 灌水之王 突出贡献
  • E币:2618

BUCK电路中电感的计算方法

2021-5-14 16:37:35 显示全部楼层
通过一个设计案例,来介绍BUCK电路中电感的计算方法。在设计之前需要提前知道四个重要参数: ef36315e7a614d4f8f92292815f0956d?from=pc.jpg
01、电流纹波率

电感的计算首先需要明白的概念是电流纹波率。电流纹波率是在电源工作在CCM时所定义的一个概念,它是电感电流的交流分量与其相应的直流分量的比值。

f6836ed071304b999ef0fbf72c187674?from=pc.jpg
3ebbd9fea2574e0793ba85e9b4007d03.jpg

如上图所示,在以往的设计经验中,随着电流纹波率r的增大,电感体积以及电感量,会随着相应的减少。当r=0.4时,输出电流纹波率和电感电感量和体积会达到一个较合适的效果。因此下文中的电感计算中电流纹波率都会取r=0.4。


02 、最小占空比

第二步,确定BUCK电路中PWM波形的占空比,这个比较好理解。BUCK电路采用了脉宽调制技术。

PWM占空比等于输出电压/输入电压。想要设计一款输入电压范围为12~24V,输出电压固定为5V的电源,这时可以确定最大占空比为5/12=41.6%,最小占空比为5/24=20.8%。


03、负载最大电流

这一步需要预估出负载所需要的电流最大值,比如降压后的5V需要给单片机供电,100~200ma电流即可。如果你通过12V降压到5V后为几个舵机供电,这时可能需要1-2A的电流。这个就需要根据具体应用而定了,这里假设输出最大电流为2A(电流值为输出电流的平均值)。


04、确定峰值电流

上一步确定了输出电流的平均值(2A),还需要确定输出的峰值电流。上文将输出电流纹波率设置为r=0.4,则输出峰值电流

4b4e4a325db241a6a5748bd2000f5b5c.jpg

在使用中应避免电感出现饱和,电感的的额定电流需要大于输出的峰值电流2.4A,并且需要留有余量。


05、实例电感计算

选择TPS5430芯片,作为BUCK电路控制芯片,在数据手册中可知开关管的开关频率为500KHZ,最大输出电流3A满足我们的设计需求:

83fc2fb2d94443fba9fd276c3a93fb79?from=pc.jpg

同时从数据手册中找到如下公式:

a500a99fd99c4b93abee664e1e227d33?from=pc.jpg

上下同时除以Vin(max),可得到如下公式:

338a9a7ac85c4442b102f6aaf3f95eea.jpg

公式中:

Kind为上文中所提到的电流纹波率

Fsw为电源芯片的开关频率

Vout(max)为电源的输出电压值

Iout为输出最大电流

D为最小占空比


将已知数据代入上式,可计算出Lmin>9.8uH,因此可选择电感量为15uH,额定电流大于2.4A的电感用于这个设计中。


06、计算结果

为了方便应用于不同的设计,将以上公式和数据在Mathcad软件中进行计算,如下图所示。

6d5ff915b70843258b9a82c7d75c93cc.jpg
该内容转载自硬件实战君

您需要登录后才可以评论 登录 | 立即注册

最新评论

楼层直达:
快速回复
0
0
广告
关闭 热点推荐上一条 /3 下一条
快速回复 返回列表