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BUCK電路功率電感的取值 | 那些年被誤解的TI計(jì)算公式

一、引言

圍繞德州儀器(TI)降壓轉(zhuǎn)換器TPS54561DPRT,先前已分享諸多相關(guān)推文,諸如對(duì)TPS54561DPRT規(guī)格書公式(35)的推導(dǎo)解析、針對(duì)公式(36)的推導(dǎo)闡述、功率電感額定與飽和電流取值準(zhǔn)則、功率電感挑選流程及實(shí)例等。

圖1展示了TPS54561DPRT的參考電路示例。

圖2呈現(xiàn)了TPS54561DPRT參考電路的設(shè)計(jì)要求。

圖3描繪了TPS54561DPRT參考電路的功率電感選型計(jì)算過程。

如圖1/2/3所示,TPS54561DPRT規(guī)格書所給出的參考電路示例,其支持的最高輸入電壓可達(dá)60V,然而依據(jù)公式(31)運(yùn)用Vin,max計(jì)算得出了Lo,min……

圖4為TPS54302DDCT規(guī)格書里功率電感值計(jì)算公式。

從圖4可看出,不止是TPS54561DPRT,像TPS54302DDCT、TPS54334DRCT、LMR51635等眾多TI器件規(guī)格書中,均采用Vin,max來計(jì)算得出Lo,min。

難道是TI工程師出錯(cuò)了?

前文提及的《降壓電路電感量L與Vin、D、Ton、Toff的正反比關(guān)聯(lián)》曾分析過,降壓轉(zhuǎn)換器所需功率電感值L與輸入電壓Vin呈正比關(guān)系,理論上輸入電壓最大值Vin,max應(yīng)對(duì)應(yīng)Lmax才對(duì),可參見公式(3.41)。

又或者依據(jù)常識(shí),當(dāng)輸出電壓Vout保持恒定時(shí),輸入電壓Vin越大,輸入電壓與輸出電壓之間的壓差就越大,用于能量傳輸?shù)腖C組件就需要存儲(chǔ)更多能量,對(duì)應(yīng)的電感量L以及電容量C也應(yīng)相應(yīng)增大,可參考電感儲(chǔ)能公式與電容儲(chǔ)能公式。

二、剖析

參考公式(3.39)(3.40)(3.41),這些公式本身無誤,理論上“降壓轉(zhuǎn)換器所需功率電感值L與輸入電壓Vin呈正比關(guān)系”這一論斷也是正確的。

在開關(guān)頻率Fsw、輸出電壓Vout以及紋波電流ΔI保持不變的情況下,輸入電壓最小值Vin,min對(duì)應(yīng)著公式(3.39)所計(jì)算出的功率電感值Lbuck,min,而輸入電壓最大值Vin,max則對(duì)應(yīng)著公式(3.41)算出的功率電感值Lbuck,max。

不過,TI工程師的考量是,既然該電路要支持從Vin,min到Vin,max這一輸入電壓區(qū)間,那么實(shí)際選定的功率電感值就不應(yīng)低于Lbuck,max,即應(yīng)滿足

期望電感值L≥Lbuck,max

否則,由此引發(fā)的紋波電流ΔI就會(huì)超出期望的r*Iout范疇,同時(shí)其他參數(shù)也可能超出“設(shè)計(jì)要求”中的預(yù)期范圍。

所以,將“期望電感值L≥Lbuck,max”這一條件與公式(3.41)相結(jié)合,便得出了如下表達(dá)式:

Lmin=(Vin,max - Vout)* Vout/(r * Iout * Fsw * Vin,max)(對(duì)應(yīng)TPS54561DPRT規(guī)格書公式(31))

如此表達(dá)的好處在于,能讓工程師清楚知曉計(jì)算得出的是“所需功率電感的最小值”,實(shí)際選型時(shí)切勿低于此值。

然而,這種表達(dá)方式的弊端在于,那些知曉“降壓轉(zhuǎn)換器所需功率電感值L與輸入電壓Vin呈正比關(guān)系”的細(xì)心工程師,乍一看可能會(huì)誤以為公式表述有誤。

既然TPS54561DPRT規(guī)格書公式(31)的表達(dá)有其合理性,那也說明本文公式(3.41)的表達(dá)存在不足。

即采用Vin,max計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的Lbuck,max,可能會(huì)誤導(dǎo)不了解其中細(xì)節(jié)的工程師,使其誤以為電路所需功率電感最大值是Lbuck,max,從而挑選了比Lbuck,max小或小很多的電感值,最終致使諸多參數(shù)超出“設(shè)計(jì)要求”中的預(yù)期。

三、總結(jié)

從理論層面來講,應(yīng)當(dāng)是“降壓轉(zhuǎn)換器所需功率電感值L與輸入電壓Vin呈正比關(guān)系”,也就是本文公式(3.41)所表達(dá)的含義。

本文剖析了TPS54561DPRT規(guī)格書公式(31)中“運(yùn)用Vin,max計(jì)算得出Lo,min”的問題。

表面上看似TI工程師出錯(cuò)了,實(shí)則不然,只是表達(dá)方式以及想要傳達(dá)的理念有所差異罷了。

咱們應(yīng)當(dāng)“知其然,知其所以然”,切不可被表象所迷惑。要見微知著、洞察入微、透過現(xiàn)象剖析本質(zhì),讓我們攜手共進(jìn),努力成為有技術(shù)追求的工程師,朝著大國(guó)工匠的目標(biāo)奮力前行 。

聲明:本內(nèi)容為作者獨(dú)立觀點(diǎn),不代表電子星球立場(chǎng)。未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載。授權(quán)事宜與稿件投訴,請(qǐng)聯(lián)系:editor@netbroad.com
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