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非隔离低PF的LED电路的计算(Buck)

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ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-20 00:33:12
              目前LED普遍的一种电路是:电感电流临界连续模式的非隔离降压型的拓扑,几乎所有的I芯片供应商都有这样的IC。比如,晶丰明源的BP283X系列。
              对于这样的拓扑电路,该如何简单计算呢?
              首先要保证IC工作于正常的频率范围内。
                   问题:每一种IC都有一定的工作频率范围,那最小频率和最大频率如何确定呢。
        从规格书上可以看到这样的公式:  
        1、mos导通时间:      

        

        
        2、mos关断时间:

        于是得出电感的计算公式:
        于是也可以得到f的计算公式:f=Vo(Vin-Vo)/(L*Ipk*Vin)   ①
                                                  或 f=(Vo-Vo^2/Vin)/(L*Ipk)        ②
        A、由公式②得到:频率f与Vin成相关,是反比例函数关系(假设L、Ipk、Vo是定值)。
                      所以:最小的工作频率f的确定在Vin最小的时候。
        B、当Vin最小时,(即Vin是定值为最小值时),频率f与Vo的关系是抛物线——过原点,开口向下(假设L、Ipk、Vin是定值)。
                     所以这时候:要取得频率f的最小值,就是该抛物线的最小值。
                     由于实际的LED输出Vo是一个范围的值,所以Vo与抛物线的对称轴(Vin/2)的关系才是决定最小的工作频率fmin。并不是单纯最小负载或最大负载来计算的。
                     所以最小的母线电压Vin-min是计算的关键点。
        C、假设LED工作频率最小取值为30k左右,以上计算出的电感量就能满足IC工作频率不小于30K。
        D、到这一步,计算出了L,这时候就要验证下最高工作频率(通常不能大于120K)了。
             由以上的两个函数关系可以确定出,通常fmax在Vin-max和Vo-max的情况下取得的。
                                                                    (通常最高的Vin-max的一半都会大于Vo-max)。
            即:fmax=Vo(Vin-Vo)/(L*Ipk*Vin)
            至此,IC的工作频率也就在理论上确定出来了,实际再验证哈。
        

                                                                      
                             
              
        

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nc965
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  • 2015-7-20 11:12:43
 
临界模式的频率不用计算,由变压器唯一确定,算也是白算。
st.you
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  • 2015-7-20 11:51:33
 
芯片有跟频率相关的一些参数,不算频率,怎么知道合适不合适?
艾青
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  • 2015-7-20 14:21:49
 
这个一般连他们的支持工程师都无法给出计算方法。据说保密的
一般会给个电子表格的工具吧?或者会给你个曲线。频率和电感的曲线。
如果非要算的话试试固定Toff的方法。不过你要自己找这个Toff值
st.you
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LV10
总工程师
  • 2015-7-20 14:38:04
 
临界模式,其实跟RCC差不多的东西,RCC怎么算,这个也差不多
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-20 17:38:20
 
不是啦,基本的Buck拓扑,还有什么保密可言,而且还是临界导通模式,更很简单的算法了。
nc965
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  • 2015-7-20 14:23:54
 
合适不合适是看效率,只要效率高,啥频率都行。
st.you
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总工程师
  • 2015-7-20 14:36:31
 
转移话题啊,这是
nc965
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  • 2015-7-20 15:47:26
 
还真不是转移话题,实际就这样。对Buck而言,比如:
1、假定选定了磁芯,
2、窗口就定了,能绕几层就定了
3、用线规漆包线绕制,可得到(按绕整层计):0.2绕N1层M1匝,0.25绕N2层M2匝,。。。
4、对特定Ipk,可得到气隙C1电感L1频率F1,气隙C2电感L2频率F2。。。。
5、同时得到效率E1,E2。。。。
6、对于特定磁芯,最后可得到效率最高的一个变压器绕组参数,唯一的一个,这时它的频率是多少就多少,算什么呢?


也就是说,变压器合适不合适,是用效率在控制,不是频率或者其他任何参数在控制。如果你非要事先知道这个最佳频率,我只能凭经验告诉你30KHz左右应该最佳。低于这个最佳频率,线必然较细,铜损增加,高于这个最佳频率,开关损耗增加,都会降低效率。
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-20 17:34:36
 
错!!!怎么是效率在控制,你是基于什么来说的,保证IC工作于正常状态,才能保证恒流输出,接下来,才是考虑如何调高效率的问题吧。
st.you
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总工程师
  • 2015-7-20 17:43:28
 
基于效率最高,且芯片是超级的爱多高跑多高频率来说的。
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-21 09:11:55
 
牛头不对马嘴,你这是要误导别人呐
st.you
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总工程师
  • 2015-7-21 09:54:46
 
看4楼
nc965
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  • 2015-7-21 17:26:14
 
错?你的意思是一个效率最高的变压器反而会让IC工作不正常?不能保证恒流输出
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-22 16:42:46
 
我的意思是,通过计算得到多大的电感量,和线径的值,这些是和IC稳定工作才有关系的。至于 你要用多大的Ae的变压器,什么材料的磁芯,这个才是影响效率的吧,选个最合适,性价比最高的,才是关键是吧。不同的概念啊。
nc965
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  • 2015-7-22 16:47:58
 
我说的是同样的磁芯,同一个Ae和材质,不同匝数、线径,必然对应不同的电感量、不同的频率和效率。
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-22 17:00:28
 
哦。看来,咱接触的东西可能不一样。问下,是不是可以通过研磨磁芯中柱改变电感量?
nc965
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  • 2015-7-22 17:05:30
 
这个问题没有认识,就谈不上真正理解变压器
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-22 23:13:20
 
请问下,是否有相关变压器资料供参考和学习?
nc965
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  • 2015-7-23 13:45:36
 
我的Buck电感计算软件:


绿色为输入参数,主要是绕组参数,而电感量、频率并不是设计参数,而是设计结果。
nc965
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  • 2015-7-23 13:51:22
 
反激的情况同样如此:
只需输入绕组参数,而频率、匝比、最大占空比等都是绕组参数最终决定的,而不是事先拟定的


ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-24 21:23:00
 
那先问下,你这个Buck设计程序对应的什么IC的方案,反激的设计程序对应的什么IC方案。
nc965
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  • 2015-7-27 15:51:08
 
这个表格是按临界模式做的,Buck和反激都是这样。
估计无论Buck抑或反激,极端工况一般都是这种模式,因此应该普遍适用。
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-29 10:50:00
 
你的这种表格,最后是不是都要满足驱动IC的频率能在合适范围内,IC的功耗是否也要符合要求,所以,是不是可以理解,你是反过来推算,从变压器选取开始。其实,整个计算过程,符合IC正常工作才是自变量,是吧
nc965
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  • 2015-7-29 12:22:46
 
目标只有一个,看效率
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-29 20:27:55
 
所以 我才问你 是什么IC 来做 buck 和反激的,请说出来。
nc965
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  • 2015-7-30 08:45:25
 
什么IC都可以,你说出来一个,我用这表格给你算出来。
jerry-power
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高级工程师
  • 2015-7-30 11:14:50
 
就用BP2832A吧,输入90-265V,60V150mA,你给我算算电感
nc965
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  • 2015-7-30 11:20:29
 
Buck 吗?
jerry-power
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高级工程师
  • 2015-7-30 11:23:33
 
你可以看下BP2832A规格书嘛,临界buck
nc965
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  • 2015-7-30 11:26:12
 
一再告诉你,这件事与芯片无关。
jerry-power
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高级工程师
  • 2015-7-30 11:29:08
 
那你算一下磁元件,我看看能否正常工作,最好把计算表格结果直接贴上来
ypp314159
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高级工程师
  • 2015-7-30 11:52:50
 
额,我也很想知道你是怎么算的,就用BP的IC做例子,BP9918A、BP9918B、BP9918C、还有BP2831A、BP2832A等等。请算下,谢谢。
nc965
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  • 2015-7-30 16:31:01
 
这个是0.17线绕的,36.6K

      

nc965
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  • 2015-7-30 16:33:15
 
这个是0.19线绕的,频率45.5KHz

nc965
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  • 2015-7-30 16:36:07
 
这个是0.2的线绕的,频率48KHz



以上三个总有一个最佳,啥叫最佳?以整机效率为准确认。
jerry-power
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高级工程师
  • 2015-7-30 17:56:17
  • 倒数10
 

赞一个,第三个的性能应该是最好的
mingchristian
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  • 2016-3-9 20:10:15
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李版主能不能share你的buck表格
nc965
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  • 2016-3-10 00:39:59
  • 倒数8
 
表格里不是都有公式吗?

mingchristian
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  • 2016-3-10 08:51:58
  • 倒数7
 
版主你好,最近做一个180~240VAC输入BUCK,输出80V  0.24A  希望工作在60KHZ,用L=VO(1-D)/(FS*△IO)  这样的算法,结果电感量需要14mH,感觉不大对劲,版主能不能帮我算一个出来,骨架用EPC17


mingchristian
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副总工程师
  • 2016-3-10 08:53:59
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或者版主能不能把整个EXCEL截图一个让我参考做一个,匝数取值收什么限制,用哪些验证去检验设计的合理性,这些看你发出的反激表格里做的很详细
nc965
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  • 2016-5-21 10:27:53
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xiaoxiong1988
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高级工程师
  • 2016-6-24 10:22:44
  • 倒数4
 
是不是也可以这样理解,尽量满足电感或者变压器在合适的线径下 尽可能的绕满 使窗口利用率最大化 然后在计算后续的  电感 工作频率 确保在合适的范围能最优化?
最终取决与效率最大化?
本帖最后由 xiaoxiong1988 于 2016-6-24 10:24 编辑

nc965
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  • 倒数3
 
就是这意思
上山吹风真爽
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初级工程师
  • 2020-7-7 17:19:34
  • 倒数2
 
2020年来看这个讨论,突然感觉豁然开朗啊!感觉nc版主再给接触点皮毛就不知道天高地厚的泼猴指点迷津,我也是刚入行的做led不久,经常问一些老人吧,姑且叫老人吧,起码比我入行早,然而也问不出个所以然,要不就答非所问,说的最多的话就是按厂家给的表格算就行了,厂家那表格基本上就是填填输出,效率,输入,开关频率,然后得到一个电感值!怎么说呢,可能不会错,但是远不是我想学习开关电源所真正想学的东西,最近看了nc版主很多的帖子,受益良多,但是本人基础也比较差,所以还有很多东西还在学习!感谢nc老师,虽不是现实的师傅,但是看您的帖子学到了很多!真的很感谢!


crtcsu
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