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May 26, 2023

스텝용 인덕터 선택

이 시리즈의 이전 기사에서는 강압 스위칭 조정기의 인덕터 값을 선택하는 방법을 다루었습니다. 이번 주에는 스위치 모드 컨버터의 인덕터 전류를 자세히 살펴보고

이 시리즈의 이전 기사에서는 강압 스위칭 조정기의 인덕터 값을 선택하는 방법을 다루었습니다. 이번 주에는 스위치 모드 컨버터의 인덕터 전류를 자세히 살펴보고 회로의 인덕턴스를 높이거나 낮추는 데 따른 잠재적인 이점을 고려해 보겠습니다.

새로 고치자. 지난번에는 LTspice에 구현된 벅 컨버터 회로도(그림 1), 두 이미지로 마무리했습니다. 70mA의 일정한 부하 전류를 기준으로 포함하여 출력 전압 및 인덕터 전류에 대한 시뮬레이션 결과(그림 2)를 제공합니다.

이를 해결하고 VOUT을 고려해 보겠습니다. 의도한 출력 전압은 3.3V였으며 시뮬레이션된 회로의 VOUT은 3.26V입니다. 듀티 사이클 계산에 필요한 효율 항은 사소한 오류의 원인입니다. 이 항은 스위치의 듀티 사이클을 통해 회로 동작에 직접적인 영향을 미칩니다. 제어 파형이며 가정된 값 90%가 모든 경우에 정확하지는 않습니다.

어쨌든 시뮬레이션된 출력 전압이 3.3V가 아닌 3.26V인 이유는 별로 신경 쓰지 않습니다. 스위치 모드 조정에 대한 기사에서 설명했듯이 스위칭 조정기는 미리 결정된 듀티 사이클을 통해 정밀한 조정을 달성하지 못합니다. . 피드백과 조정 가능한 듀티 사이클을 통해 조정기가 원하는 출력 전압에 고정되는 폐쇄 루프 제어를 통해 정밀한 조정을 달성합니다.

이전 기사에서 사용된 듀티 사이클 공식은 실제로 최대 듀티 사이클에 대한 공식이라는 점을 기억하십시오.

$$D_{최대}=\frac{V_{OUT}}{V_{IN}\times \text{효율}}$$

이 공식은 24V에서 3.3V를 생성하는 데 듀티 사이클이 ~15% 이상 필요하지 않다는 것을 알려줍니다. 그러나 특정 작동 조건에서는 듀티 사이클이 ~15% 미만이 필요합니다. 예를 들어 입력을 유지하는 경우 전압을 동일하게 유지하고 부하 전류를 70mA에서 5mA로 줄이면 3.3V 출력을 생성하려면 약 9%의 듀티 사이클이 필요합니다.

우리의 설계 목표는 인덕터 리플 전류 30%였습니다. 즉, 최대 및 최소 인덕터 전류는 80.5mA 및 59.5mA여야 합니다.

\begin{배열}\\ I_{L,최대}=70\ mA+(0.15\times70\ mA)= 80.5\ mA \\ I_{L,min}=70\ mA-(0.15\times70\ mA)=59.5 \ mA \end{배열}

커서 정보 상자(그림 3)에서 볼 수 있듯이 꽤 가까워졌습니다.

우리는 30% 리플 전류를 목표로 사용했지만 보다 일반적인 지침은 20%에서 40% 사이입니다. 이를 바탕으로 우리는 허용 가능한 범위 내에 있습니다. 적절한 인덕턴스 값을 갖고 있으며, 필요한 경우 최적화를 위한 좋은 출발점이 됩니다.

또한 현재 파형의 모양에 대해서도 언급하고 싶습니다. 이는 스위칭 레귤레이터 인덕터 전류 이미지를 검색하면 볼 수 있는 일종의 편향된 삼각파입니다. 스위치 제어 파형(그림 4)을 중첩하면 이 특성의 원인을 즉시 알 수 있습니다.

빨간색 추적이 보여주듯이 듀티 사이클은 50%보다 훨씬 낮습니다. 따라서 스위치 켜기 시간은 스위치 끄기 시간보다 훨씬 짧습니다. 그러나 인덕터 전류는 사이클의 두 부분 모두에서 동일한 수직 거리를 커버하므로 듀티 사이클이 50%보다 높거나 낮으면 편향된 파형이 발생합니다.

합리적인 인덕턴스 값에 도달하기 위해 기본 공식을 사용했지만 여기서는 어디로 가야 할까요? 90μH가 제공하는 성능에 만족한다면 이를 양호하다고 말하고 다음 설계 작업으로 넘어갈 수 있습니다. 하지만 개선의 여지가 있는 경우도 많습니다.

인덕턴스 값이 높을수록 출력 리플이 줄어드는 이점 중 하나는 인덕터 전류 리플이 인덕턴스에 반비례하고 인덕터 리플이 많을수록 회로의 다른 항목이 변경되지 않는 경우 출력 리플도 커집니다.

다음 플롯(그림 5 및 그림 6)은 원래 회로(L = 90μH)와 L = 30μH인 수정된 회로의 ΔIL 및 ΔVOUT을 보여줍니다. 직접적인 시각적 비교를 용이하게 하기 위해 두 축의 구성은 동일합니다.

VOUT 리플을 특별히 걱정하지 않더라도 높은 인덕터 전류 리플은 여전히 ​​불리할 수 있습니다. 이는 다음으로 이어질 수 있습니다.