Sélection des inducteurs pour l'étape

L'article précédent de cette série expliquait comment choisir les valeurs d'inductance pour les régulateurs à découpage abaisseur. Cette semaine, nous examinerons de près le courant d'inductance dans un convertisseur à découpage et considérerons les avantages potentiels de l'augmentation ou de la diminution de l'inductance du circuit.

Rafraîchissons-nous. Nous avons terminé la dernière fois avec ces deux images : un schéma d'un convertisseur abaisseur implémenté dans LTspice (Figure 1) ; et les résultats de simulation pour la tension de sortie et le courant d'inductance (Figure 2) avec le courant de charge constant de 70 mA inclus comme référence.

Ceci étant réglé, considérons VOUT. Notre tension de sortie prévue était de 3,3 V et le circuit simulé a une VOUT de 3,26 V. Le terme d'efficacité requis dans le calcul du rapport cyclique est une source d'erreur mineure : ce terme affecte directement le comportement du circuit via le rapport cyclique du commutateur. forme d’onde de contrôle, et une valeur supposée de 90 % ne sera pas précise dans tous les cas.

Quoi qu'il en soit, je ne me soucie pas vraiment de savoir pourquoi la tension de sortie simulée est de 3,26 V au lieu de 3,3 V. Comme je l'ai expliqué dans mon article sur la régulation à découpage, les régulateurs à découpage n'obtiennent pas une régulation précise au moyen d'un cycle de service prédéterminé. . Ils obtiennent une régulation précise au moyen d'un contrôle en boucle fermée dans lequel un retour d'information et un rapport cyclique réglable permettent au régulateur de se verrouiller sur la tension de sortie souhaitée.

N'oubliez pas également que la formule du rapport cyclique utilisée dans l'article précédent est en fait une formule pour le rapport cyclique maximal :

$$D_{max}=\frac{V_{OUT}}{V_{IN}\times \text{efficiency}}$$

Cette formule nous indique que nous n'aurons jamais besoin de plus de ~ 15 % de rapport cyclique pour produire 3,3 V à partir de 24 V. Nous aurons cependant besoin de moins de ~ 15 % de rapport cyclique dans certaines conditions de fonctionnement : par exemple, si je garde l'entrée tension identique et diminuer le courant de charge de 70 mA à 5 mA, j'ai besoin d'un rapport cyclique d'environ 9 % pour générer une sortie de 3,3 V.

Notre objectif de conception était un courant d'ondulation d'inductance de 30 %, ce qui signifie que le courant d'inductance maximum et minimum doit être de 80,5 mA et 59,5 mA :

\begin{array}\\ I_{L,max}=70\ mA+(0,15\times70\ mA)= 80,5\ mA \\ I_{L,min}=70\ mA-(0,15\times70\ mA)=59,5 \ mA \end{tableau}

Comme vous pouvez le voir dans la zone d'informations du curseur (Figure 3), nous nous sommes rapprochés :

Bien que nous ayons utilisé un courant d'ondulation de 30 % comme objectif, une ligne directrice plus générale se situe entre 20 % et 40 %. Sur cette base, nous sommes bien dans la plage acceptable : nous avons une valeur d'inductance appropriée et, si cela s'avère nécessaire, un bon point de départ pour l'optimisation.

Je souhaite également commenter la forme de la forme d'onde actuelle. C'est une sorte d'onde triangulaire déséquilibrée, typique de ce que vous verrez si vous recherchez des images du courant d'inductance d'un régulateur à découpage. Si nous superposons la forme d'onde de commande du commutateur (Figure 4), nous voyons immédiatement ce qui cause cette caractéristique :

Comme le montre la trace rouge, notre cycle de service est bien inférieur à 50 % ; le temps d'activation est donc nettement plus court que le temps d'arrêt. Cependant, le courant de l'inducteur couvre la même distance verticale dans les deux parties du cycle, de sorte que les cycles de service supérieurs ou inférieurs à 50 % conduisent à une forme d'onde déséquilibrée.

Nous avons utilisé une formule de base pour arriver à une valeur d'inductance raisonnable, mais où allons-nous à partir de là ? Si nous sommes satisfaits des performances fournies par 90 μH, nous pouvons les qualifier de bonnes et passer à la tâche de conception suivante. Mais il y a souvent place à l’amélioration.

L'un des avantages d'une valeur d'inductance plus élevée est la réduction de l'ondulation de sortie : l'ondulation du courant de l'inductance est inversement proportionnelle à l'inductance, et plus d'ondulation de l'inductance entraîne une plus grande ondulation de sortie si rien d'autre dans le circuit n'est modifié.

Les tracés suivants (Figure 5 et Figure 6) montrent ΔIL et ΔVOUT pour le circuit d'origine (L = 90 μH) et un circuit modifié avec L = 30 μH ; pour faciliter la comparaison visuelle directe, la configuration des deux axes est la même.

Même si vous n'êtes pas particulièrement préoccupé par l'ondulation VOUT, une ondulation élevée du courant d'inductance peut toujours être désavantageuse. Elle peut conduire à: