¿Cómo selecciono el valor de inductor correcto para el siguiente regulador de inversión?

En primer lugar, soy un poco malo en matemáticas, y no soy un genio de la electrónica, así que lo que hago es por diversión y con fines de aprendizaje ...

Estoy trabajando en un circuito convertidor buck para convertir mi USB Vbus 5V a 3.3V. Seleccioné el AP5100 y me resulta bastante difícil descubrir los valores correctos en algunos de los componentes.

La hoja de datos especifica claramente los valores de R1 (49.9kΩ) y R2 (16.2kΩ) en la Tabla 1 en la página 6, para establecer un voltaje de salida de 3.3V, pero me parece un poco un choque de trenes entender cómo calcular El valor de inductancia para el inductor L1. La hoja de datos indica 3.3 µH en la página 2, Figura 3:

Quiero entender mejor cómo se calcularon los 3.3 µH, y si este es el valor correcto para mi aplicación.

Ahora, de vuelta a la hoja de datos, la fórmula para calcular L se establece como:

Donde ΔIL es la corriente de ondulación del inductor, y fSW es ​​la frecuencia de conmutación del convertidor reductor.

La hoja de datos dice:

Elija la corriente de ondulación del inductor para que sea el 30% de la corriente de carga máxima. La corriente máxima del inductor máximo se calcula a partir de:

$$IL(MAX) = ILOAD + \frac{\Delta IL}{2}$$

Muy bien, aquí es donde estoy terriblemente perdido, y haciendo todo lo posible para envolver mi pequeño cerebro en torno al valor.

Sé lo siguiente:

• Vin = 5V (USB Vbus)
• Vout = 3.3V
• fSW = 1.4MHz
• I = 2.4A (creo)

¿Cómo se determina el ΔIL (corriente de ondulación) para llegar al valor del inductor?

Mi fórmula debería verse así al final, ¿verdad?

Pero, ¿qué es ΔIL?

También pensé que se suponía que el convertidor buck debía permitir un rango de entradas para Vin, en el caso de este, 4.75V a 24V.

Aquí está mi esquema que estoy dibujando en Eagle CAD:

$\frac{\text{L di} }{\text{dt}}$

• $\frac{V \text{$\Delta $t}}{\text{$\Delta $I}}$

• $\text {$\Delta $I}$

$\text {$\Delta $I}$$\text {$\Delta $I}$

$V_{\text{in}}$$V_o$$\frac {V_o} {V_ {\text {in}}}$$V_{\text{in}}$$\frac{10 V_o}{I_o F_{\text{sw}}}$

Como está viendo Linear Tech, debería (como señaló Anindo Ghosh) también usar su soporte CAD.

Para diseñar un circuito de regulación de inversión, podría ser mejor comenzar con una de las diversas herramientas gratuitas de diseño de energía en línea en los sitios web de los fabricantes, como:

• Fairchild Semiconductor: Power Supply WebDesigner
• Tecnología lineal: LTPowerCAD
• Texas Instruments: WeBench Power Designer y herramienta de diseño SwitcherPro

Al proporcionar sus requisitos (incluida la ondulación aceptable, por ejemplo) como parámetros, la herramienta generalmente seleccionaría un conjunto de controladores que cumplan con el propósito. Este suele ser un enfoque más seguro que comenzar con un controlador ya decidido y luego intentar desviarse de los valores especificados en la hoja de datos para los componentes de soporte.

Muchas de las herramientas gratuitas de "diseñador de energía" mencionadas proporcionan una lista completa de materiales como salida, incluidos los inductores necesarios, generalmente con números de pieza.

Algunos (p. Ej., TI WeBench) también proporcionan el diseño recomendado y las estimaciones de espacio de la placa requeridas. Algunas herramientas permiten aún más el espacio de placa deseado como parámetro de diseño, como también el recuento de componentes, el costo y otras preferencias.

Puede ser útil comprender qué sucede si selecciona un inductor con el valor incorrecto .

Si selecciona un inductor con un valor demasiado bajo, la corriente a través de él cambiará demasiado en cada período de conmutación. La corriente puede crecer tanto en un período de conmutación que excede la capacidad actual de los circuitos que impulsan el inductor. Esta alta corriente de ondulación tampoco es agradable para el condensador en el lado de salida. Las pérdidas de ESR en el condensador serán altas, o la corriente de ondulación excederá la capacidad nominal del condensador y fallará.

Si selecciona un inductor con un valor demasiado grande, pagará muchos inductores que no necesita. Los inductores con núcleo tienen una corriente de saturación. Esta es la corriente en la cual el núcleo no puede tomar más flujo magnético, y el inductor deja de ser un inductor con un núcleo y comienza a ser casi un cable. Para un núcleo dado de un tamaño y material dado, puede hacer un inductor con mayor inductancia simplemente colocando más vueltas de alambre a su alrededor. Pero, cada uno de estos giros aporta más flujo magnético, por lo que al agregar más giros, también está disminuyendo la corriente de saturación del inductor, ya que su corriente se multiplicará por el número de vueltas de cable para llegar al flujo magnético a través del inductor . Por lo tanto, si desea una inductancia más alta a la misma corriente de saturación, necesita un núcleo físicamente más grande.

Dejaré una explicación de las matemáticas a otra respuesta. No soy el mejor en esas cosas.

¿Cómo se determina el ΔIL (corriente de ondulación) para llegar al valor del inductor?

Use la regla general proporcionada por el fabricante del chip (seleccione un valor que sea igual al 30% de su corriente de salida de CC máxima esperada). Además, hay una nota en la página 8 que dice "Se recomienda un inductor de 1μH a 10μH con una clasificación de corriente CC de al menos un 25% por ciento más alta que la corriente de carga máxima para la mayoría de las aplicaciones".

I = 2.4A (creo)

Sin embargo, parece que no está seguro de cuál es su corriente de salida de CC máxima esperada.

Echa un vistazo a esta forma de onda que se prestó descaradamente de Wikipedia:

La corriente del inductor se muestra en la parte inferior. La magnitud de las rampas se define por

$V_L = L \cdot \dfrac{\Delta I}{\Delta t}$

$I_{av}$

También tenga en cuenta que esta parte tiene una compensación de amplificador de error interno, lo que impondrá restricciones al filtro LC de salida (no se desvíe de su rango de inductancia a menos que tenga un equipo para medir la respuesta de frecuencia de bucle cerrado del convertidor).