Характеристики конденсатора и катушки индуктивности понижающего преобразователя

У вас индуктивность 6 мкГн? В техпаспорте указано, что макс. частота составляет 100 кГц, а пиковый выходной ток в коммутаторе составляет 1,5 А.

Как работает доллар? В течение времени «включено» энергия накапливается в катушке индуктивности, а в течение последующего времени «выключения» эта энергия высвобождается в нагрузку (запитывая ее, когда вход фактически отключен).

Допустим, вы выбрали 50 кГц в качестве частоты переключения. Это означает, что при 100% «рабочем цикле» переключатель находится в положении «20» мкс. 100% нереалистично — давайте выберем очень щедрый рабочий цикл 90% . Затем переключатель питает катушку индуктивности каждую секунду в течение 50 000 импульсов по 18 мкс каждый (где 18 = 90% от 20).

Энергия, запасенная в катушке индуктивности, составляет 0,5 л I². Давайте предположим, что вы работаете на «максимальном уровне», и коммутатор полностью выдает 1,5 А (максимум в таблице данных), когда он выключается. Тогда энергия, запасенная в катушке индуктивности, равна:

$$E = \frac{1}{2} L I^2 = \frac{1}{2}(6 \mu H) (1.5A^2) = 6.75 \mu J$$ Это происходит 50 000 раз в секунду. Таким образом, общая мощность, доступная от индуктора, равна $$P = (6.75 \mu J) \times (50,000 /sec) = 0.3375 W$$ Теперь подумайте об этом: ваша нагрузка 3V3 при 500 мА = всего 1,65 Вт. Теперь часть этого исходит непосредственно от источника (когда транзистор включен), но вы можете видеть из этого быстрого расчета, что ваш максимальный выход очень сильно зависит от выбора рабочей частоты, размера катушки индуктивности и максимума 1,5 А. переключать ток.

Скажем, в каждом цикле индуктор полностью «опустошается», т. е. его накопленная энергия достигает нуля (непосредственно перед тем, как переключатель включается, чтобы начать его пополнение). Когда начинается подпитка, один конец дросселя находится на нагрузке, на 3,3В. Другой конец жестко подключен к шине +5 через коммутатор. Если на вашем входе всего 5 В, жизнь будет тяжелой, потому что переключатель в 34063 не на один, а на два диода падает (по крайней мере) ниже напряжения питания + 5 В. При 0,7 В/падение на диоде это означает, что энергия должна подаваться на катушку индуктивности только с (5-2*0,7-3,3) В на ней, что составляет всего 0,3 В!

Переключатель включен на 18 мкс, и ток будет возрастать от нуля до своего конечного значения со скоростью

$$i(t) = \frac{1}{L} \int v(t) dt = \frac{1}{6 \mu H} \int_0^{18\mu s} (0.3V) dt = 0.9A$$ что немного ниже максимального значения 1,5 А, указанного выше. И запасенная энергия тоже пропорциональна квадрату этого значения! Это означает, что индуктор выполняет очень небольшую работу во время «выключения».

Так что жизнь трудна. Я бы сказал, основываясь на этом, что 34063 не является хорошим выбором для этого конкретного приложения из-за его низкой рабочей частоты и переключающего транзистора с большими потерями. Этот дифференциал 0,3 В на L является реальной проблемой и, вероятно, является причиной проблем, которые вы видите на верхнем конце.

Но я надеюсь, что работа с этими уравнениями будет полезна, чтобы увидеть, как проектирование SMPS может быть довольно сложной задачей...

Если вы понижаете напряжение с 5,0 В до 3,3 В, преобразователь работает с рабочим циклом 66 %. На частоте 100 кГц ваше время включения составляет 6,6 мкс. С катушкой индуктивности 6 мкГн и током нагрузки 500 мА вы можете ожидать пиковый ток катушки индуктивности 2,12 А, что намного выше, чем ток вашей нагрузки. Я предполагаю, что вы работаете в режиме непрерывной проводимости. Я думаю, что для таких малых токов нагрузки вам следует использовать индуктор большего размера или использовать другой преобразователь с более высокой частотой переключения. Вероятно, вы используете преобразователь в режиме ограничения тока, и выходное напряжение больше не регулируется. Вы можете проверить, так ли это, измерив ток катушки индуктивности. Если вы не можете этого сделать, вы можете прощупать коммутационный узел и проверить, как изменяется рабочий цикл с нагрузкой. Там должно быть небольшое изменение с нагрузкой.

PS: значение индуктора определяет пульсацию тока и, следовательно, пиковый ток через переключатели. ESR катушки индуктивности создает дополнительные потери. Если вас мало волнует эффективность, это не важно. Просто используйте один с ESR того же порядка, что и сопротивление переключателей во включенном состоянии. Пульсации тока проходят через выходной конденсатор. Вы должны определить его емкость на основе требований к пульсациям. Чем больше выходной конденсатор, тем меньше пульсации. Имейте в виду, что пульсирующий ток также проходит через ESR выходного конденсатора. Если ESR велико, это может быть основным фактором, влияющим на величину пульсаций. Если вы посмотрите на форму волны пульсаций, и она выглядит треугольной, то вы знаете, что ESR слишком велико (треугольная форма - это ток дросселя, протекающий через ESR выходного конденсатора).