¿Por qué la hoja de datos MCP1650 da un valor tan bajo para el inductor en un convertidor elevador?

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Actualmente estoy diseñando un SMPS alrededor de un MCP1650. En la hoja de datos (consulte la página 4), el valor recomendado de inductor es 3.3uH. Sin embargo, todos los cálculos de tamaño de inductor que he encontrado ( aquí y en otros lugares) dan un valor mucho mayor:

Frecuencia del inductor ~ = 750kHz

Vout = 12V

Iout = 0.1A

Y utilizando la regla de oro del 10% (es decir, corriente de rizado = 0.1 * corriente de salida), esto debería dar una primera aproximación de 1.6mH . ¿Por qué hay una discrepancia tan grande aquí? Supongo que el diseñador está utilizando un valor decente de la corriente de ondulación, por supuesto, creo que con el inductor especificado, la corriente de ondulación fue de aprox. 35% de la corriente de salida, pero en mi opinión esto es excesivo. ¿Qué da?

    
pregunta Alex Freeman

3 respuestas

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Con un regulador de refuerzo, aunque se utiliza la misma ecuación de inducción característica, se utiliza en un contexto diferente y de una manera diferente que en el dólar. En un impulso, todo es un poco hacia atrás desde el dólar. Por ejemplo, en el buck, la corriente de rizado de salida es importante porque es el determinante dominante del voltaje de rizo de salida. Pero, en el impulso, la corriente de ondulación del inductor aparece en la entrada en lugar de la salida. De hecho, durante una parte del ciclo, el inductor no está conectado a la salida y el capacitor solo debe proporcionar energía a la carga, por lo que el capacitor es el determinante dominante de la fluctuación de la tensión de salida.

Otra diferencia con el impulso es el cambio extremo en la dinámica del circuito entre el modo de conducción discontinua (DCM) y el modo de conducción continua (CCM) del inductor. Con el DCM efectivamente terminas con 1 polo para compensar, hasta que se muestre la frecuencia de Nyquist. El modo DCM es básicamente estable por sí mismo. Mientras que con CCM tiene 2 polos de alta Q complejos, y un medio plano cero errante (RFPZ) con el que lidiar.

Debido a la dinámica de control más fácil, a menudo se prefiere DCM. El problema con el DCM es que para un nivel de potencia dado, las corrientes pico (interruptor, inductor y condensador) son más altas. Por lo tanto, DCM generalmente se limita a potencias más bajas, como en ~ 20W, con notables excepciones.

Es muy importante elegir la operación DCM o CCM. Especialmente, no desea diseñar para la operación de DCM y luego hacer que entre en CCM porque eso sería una pesadilla de estabilidad.

El primer paso en el diseño de un refuerzo es encontrar la inductancia o corriente crítica, que define el límite entre DCM y CCM. Para eso usaré otra ecuación que no incluye el ciclo de trabajo:

\ $ L_c \ $ = \ $ \ frac {V _ {\ text {out}}} {16 I _ {\ text {crit}} f_s} \ $

En este caso con \ $ V _ {\ text {out}} \ $ = 12V, \ $ I _ {\ text {out}} \ $ = 0.1A, y \ $ f_s \ $ = 750kHz, \ $ L_c \ $ sería \ $ 10 \ text {$ \ mu $ H} \ $. Por lo tanto, para la operación de DCM no querría un valor de inductor mayor que \ $ 10 \ text {$ \ mu $ H} \ $. De hecho, no querría acercarse a eso, así que \ $ 3.3 \ text {$ \ mu $ H} \ $ o \ $ 4.7 \ text {$ \ mu $ H} \ $ algo así. Menos está bien, pero no más.

El MCP1650 es, desde mi lectura de 5 minutos de la hoja de datos, un controlador histerético. Estos tipos de controladores no utilizan técnicas de retroalimentación lineal, sino que emiten un pulso de ancho fijo en el que se varía la frecuencia o el conteo de impulsos para regular la salida. Cuando el voltaje de salida es bajo, el control emitirá unos pocos pulsos para volver a regular. Por lo tanto, no tiene que preocuparse por compensar un amplificador de error. Pero, debido al impulso de los pulsos de ancho fijo, el control histerético no es el amigo de los moduladores de potencia de alta Q, como puede ser un aumento en CCM. Este tipo de control tiende a ser propenso a sonar a la frecuencia Q alta. Para DCM, el modulador de potencia Q Q es ~ 0.5, por lo que no tiende a sonar. Ese puede ser el motivo por el que la hoja de datos se inclina hacia la operación DCM.

    
respondido por el gsills
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Tenga en cuenta que este IC cambia a 750 kHz y el voltaje de entrada máximo es de solo 5,5 V. La mitad de un pulso del período es de solo 670 ns.

(5.5 V) (670 ns) / (3.3 µH) = 1.1 A

Por lo tanto, no es como si la corriente en el inductor se acumulase a valores ridículos en un tiempo de encendido razonable.

En cuanto a la corriente de rizado, esta unidad aparentemente no está diseñada principalmente para operación en modo continuo. Solo miré la hoja de datos brevemente, pero aparentemente usa uno de los dos ciclos de trabajo. Si es así, entonces debe habilitar / deshabilitar los pulsos según sea necesario. En otras palabras, parece ser un sistema de pulsos a pedido.

En cuanto a su comentario sobre la corriente de onda debe ser el 10% de la corriente promedio, no puedo pensar en ninguna ley física que diga que debe ser así. Hacemos ingeniería aquí. Justificar algo basado en el dogma religioso que escuchaste en algún lugar es una tontería. Según su "regla", los conmutadores de modo discontinuo nunca deberían existir. Además, incluso aplicando su regla, 1.6 mH parece demasiado alto.

    
respondido por el Olin Lathrop
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utilizando la regla de oro del 10%

Si va a la sección Consideraciones de diseño en la página 18, verá que no están usando esta regla de oro. Parece que están apuntando a un punto de operación en el límite entre operación continua y discontinua; Es decir, permiten una ondulación del 100% o superior. Es decir, intentan elegir el máximo valor inductor posible mientras permanecen en modo discontinuo.

    
respondido por el The Photon

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