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由任意拓撲公式L * IL = V * t / r 所想到的問題

對于任意拓撲 ,有公式 : L * IL =  V * t / r  ,   這里的 r 為紋波率, 那么是不是可以肯定的講 IL * r = delta I  ,     delta I 為電流的變化, 而這里的IL 是一個為了計算方便虛擬出來的一個參數(shù) ? 

請看下面一本書上介紹的BOOST應用:

Vin = 5 -- 25 V ,   Vout = 25 V,  Io max = 2 A ,   fs = 200khz  ,  的BOOST 電路,求電感推薦量 ?

計算如下:

D = Vo - Vi / Vo = 0.8 ,    T = 5uS  ,  Ton = 5 * 0.8 = 4uS

V * S 數(shù)為 Vi * Ton = 5 * 4 = 20 V * uS  , 取 r = 0.4  , 則 L * IL = 20/ 0.4 = 50uH * A 

IL = Io / 1 - D = 10A ,   則 L = 50 / 10 = 5 uH 

電感的額定電流為 ( 1 + r/2) * IL = 12A ,  所以取電感 4.7uH/ 12A 。 

這個電感是不是需要12A的電感呢? 

//====================================================================================

我這里給出另外一個計算方式:

當滿載2A時,假設電路工作在臨界CRM模式, I1 = 0 , I2 為電感電流的峰值 ,  那么I2 - I1 = delta I =  I2 ,

Lc  = (Vo - Vi ) * T( 1 - D) / delta I = ( Vo - Vi ) * (1 - D) * Vi / 2 * Po * fs  ,  Po 為輸出功率 ,  

這里計算出的電感是 Lc = 1uH ,通常是用在負載電流降到滿載的1/5,工作模式由CCM轉DCM , 那么 L = 5 * Lc = 5uH ,跟上面一樣的,

上面有誤, 上面計算的Lc = 2uH ,實際上應該是降低到1/2.5 ,也就是原來的40% ,工作模式由CCM轉DCM , L = 2.5 * Lc = 5uH

delat I = 20V * uS / L = 4A ,   也就是I2 - I1 = 4A ,注意這里現(xiàn)在I1 是不為0的 ,剛才上面為了計算的方面設為0 , 正常工作是在CCM模式

又 ILavg =  ( I1 + I2 / 2 ) * D = Io max = 2A ,  D 為0.8 ,  那么I1 + I2 = 5A , ILavg 為電感的平均電流

  ILavg =  ( I1 + I2 / 2 ) * D = Io max  ” , 這里有誤, ILavg = ( I1 + I2 ) / 2 = Pi / Vi  , Pi 為 輸入的功率 ,所以下面的 I1 + I2 = 20A

而不是5A  ,電感應該取值是 4.7uH / 12 A ,跟上面是一樣的。

 

I1 + I2 = 5A ,

I2 - I1 = 4A , 可以得出 I1 = 0.5A ,I2 = 4.5A , 這里電感取值 4.7u / 5A 

到這里就完了,可以看出前面的計算的電感量是在滿載時工作在CCM模式,電流逐漸減小到滿載的1/2.5,則由CCM模式轉DCM模式,跟上面的計算結果是一樣的,不一樣的地方出現(xiàn)在電感的峰值電流 上面需要12A電感,我計算的結果只需要5A 電感就可以了。

前面我說了,IL 根本就不是什么電感的參數(shù),是為了計算而虛擬出來的一個參數(shù),就象 r 這個參數(shù)一樣的,為了計算方便定義的一個量。

誰能告訴我 ?

 

 

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xinge7401
LV.6
2
2017-11-09 13:01
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appleY
LV.5
3
2017-11-09 13:24
發(fā)出帖子的時候,我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題了。有個公式是錯誤的,(I1 + I2)/2 = ILavg= Pi/Vi
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appleY
LV.5
4
2017-11-09 13:28
@appleY
發(fā)出帖子的時候,我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題了。有個公式是錯誤的,(I1+I2)/2=ILavg=Pi/Vi
這樣計算的結果是,I1+I2=20A,I1=12A, I2=8A,是一樣的,稍晚發(fā)個圖上來。
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2017-11-09 17:05

《精通開關電源設計》中有關于IL的定義:

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appleY
LV.5
6
2017-11-09 22:18
@boy59
《精通開關電源設計》中有關于IL的定義:[圖片]

正確的是第一張圖,實際工作在CCM模式的,用的是第一張圖的平均電流公式,  我在計算電感時是假定工作在CRM模式,I1 = 0 , 便于計算引用了 ILavg =  I2 * D/ 2 ,  這個I2就是電感的峰值電流,

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appleY
LV.5
7
2017-11-09 22:22
@boy59
《精通開關電源設計》中有關于IL的定義:[圖片]

開關電源上很多采用經(jīng)驗公式,我非常的反感這種計算方式,有抵觸的心理,喜歡自己用數(shù)學公式推理出來,而且不會忘記。

比喻 紋波率 r ,這個參數(shù)是 r * ILavg = delat I  = I2 - I1 ,    而開關電源中直接給出0.4   .

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appleY
LV.5
8
2017-11-10 09:31
@appleY
開關電源上很多采用經(jīng)驗公式,我非常的反感這種計算方式,有抵觸的心理,喜歡自己用數(shù)學公式推理出來,而且不會忘記。比喻紋波率r,這個參數(shù)是r*ILavg=delatI =I2-I1,  而開關電源中直接給出0.4  .
實際上那個r 就是電感在多少倍的臨界電感量的話,一定對應一個紋波率,這個跟電感取值有關,也就是電流的波形有關的。比喻用L = 10 Lc ,那么紋波率就是 r = ( 1/10) = 0.1 ; 如果是用L = 5 Lc  ,那么r =  ( 1/5) = 0.2,   如果是用L = 2.5 Lc  ,那么r =  ( 1/2.5) = 0.4
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gxg1122
LV.10
9
2017-11-12 10:00
@appleY
開關電源上很多采用經(jīng)驗公式,我非常的反感這種計算方式,有抵觸的心理,喜歡自己用數(shù)學公式推理出來,而且不會忘記。比喻紋波率r,這個參數(shù)是r*ILavg=delatI =I2-I1,  而開關電源中直接給出0.4  .
理論計算是很好,但有時候計算滿復雜的,經(jīng)驗公式來得快。
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2017-11-12 10:52
@gxg1122
理論計算是很好,但有時候計算滿復雜的,經(jīng)驗公式來得快。

這種Boost架構的理論計算是很有必要的

像磁芯的選擇之類的都要有理論計算依據(jù),當然這計算也是比較簡單的

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appleY
LV.5
11
2017-11-12 14:04
@gxg1122
理論計算是很好,但有時候計算滿復雜的,經(jīng)驗公式來得快。
這個理論計算一點都不復雜,只是大家經(jīng)常計算的電感量里面隱藏一個參數(shù)就是取的電感量是滿載時工作在CRM模式下電感量的2.5倍,所以這個r是 1/2.5  = 0.4,有部分書上寫到這個問題,關鍵取決于成本壓力、體積、紋波大小,所以綜合來一般取2.5倍,也就是電流降低到原來的40%時模式轉換。上圖的第一個圖向下平移到I1 = 0 ,那么I2 = delata I ,很容易理解記憶的。開關電源里面的V*S法則就是來源于 iL = L * d VL/dt , 這里所有的推導也可以這個公式擴展開來,如果通過兩個定積分方程求平均電流,再跟輸出功率建立關系一樣可以求出臨界電感,BUCK 、 BOOST、Flyback都可以, 不用記憶,也很容易理解。
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appleY
LV.5
12
2017-12-20 16:14

上面的計算有錯誤,更正下 :

Lc = 1uH ,  L 取 5 * Lc , 即 L = 5 * Lc = 5uH .  

r = 0.4 = 2 * ( 1  / 5), 電感L = 5 * Lc  ;

r = 0.2 = 2 * ( 1 / 10) , 電感 L = 10 * Lc 

臨界模式下電感計算根據(jù)功率值給出積分方程,也是很容易求出的:

Po = ( 1/T ) [ ∫0-> Ton  ( Vi^2 / Lc ) * t d t   +   ∫0-> Toff  (Vo - Vi )  * Vi * t d t  ]

跟上面利用V S平衡給出式子是一樣的結果。

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