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未解决

输出电压变化时BUCK电感如何选择

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ganlanshuyang
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副总工程师
  • 2019-3-19 16:52:04
10问答币
就BUCK电路而言,一般设计中,输入电压是宽范围的,输出电压是固定的,我们计算电感感量时,按照最高输入电压来计算,但是输出电压也变化的话,比如我的输出电压是可调的,我应该按哪种情况来计算电感感量呢?求指点,谢谢
电子古董
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  • 2019-3-19 17:10:48
 
按照输出最高电圧,输入最低的直流电压来计算;输入最低电压包括输入纹波的谷底电压值;
ganlanshuyang
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副总工程师
  • 2019-3-19 19:42:13
 
不对啊,BUCK电路计算电感的时候都是按照最高输入电压来计算的啊
电子古董
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  • 2019-3-20 09:52:55
 
你这样算出来肯定不准确的
梦游人
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本网技师
  • 2019-3-19 20:20:14
 
极限情况呗,最高输入电压,最低输出电压
cyx7610
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  • 2019-3-20 07:52:44
 
按输出功率来计算。
gong777802664
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高级工程师
  • 2019-3-20 11:09:48
 
BUCK按照最恶劣输入条件,最严苛的输出,实际上就是占空比最大的时候,对应的是最大输入,最小输出电压
greendot
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  • 2019-3-20 11:39:33
 
有的说高入低出,有的说低入高出,我看都不对。
电感的伏秒值 (VT) 正比于 (Vin-Vo)*Vo/Vin , 所以VT的最大值是在高入高出处。(假设CCM)

更正错误 :之前说在高入高出处是不对的,VT 的最大值一定在高入和输出等于高输入的一半处,如果输出范围不超过高输入的一半时,按最高输出算。

Coming.Lu
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  • 2019-3-20 12:27:42
 
同意按最大VT算。
电子古董
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  • 2019-3-20 14:28:10
 
前面没有很仔细地看你的问题,sorry!
我的意思是,你计算一个BUCK的系统的工作稳定性,要按照最低输入电压,最高输出电压来计算功率和峰值电流,评估可靠性;
至于这个电感是按照哪个输入输出电压值来计算,其实如果按照最低输入电压,那是无法准确计算的;我的经验是按照额定工作电压下,最大输出电压的值来计算电感量,这样才是最准确的;
但是,当计算完之后,要校验一下各个电压下的工作状况是否稳定:
比如一个常规的CRM工作模式的IC,IC的最佳工作频率范围30-85KHz,最佳工作频率为60KHz:输入电压175V-265V,输出200V,电流250mA(220-260);感量应该多少?如果按照最大输入电压(265VX1.414=375Vdc)来计算,得电感值为2.5mH;如果按照输入电压220V(220VX1.414约=300Vdc)来计算,那么得电感值为2.5mH;显而易见,用哪个电压来计算,得到的结果很是近似。主要是你的其他参数的取值要对。
cyx7610
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  • 2019-3-20 22:06:48
 
按最大功率来计算。
nc965
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  • 2019-3-21 07:20:37
 
可能不对哟,100%占空比功率就最大,不需要电感起作用。
greendot
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  • 2019-3-22 12:41:44
 
更正错误 :之前说在高入高出处是不对的,VT 的最大值一定在高入和输出等于高输入的一半处,如果输出范围不超过高输入的一半时,按最高输出算。
所以LZ的情况是52V和26V时,(即D=0.5时),VT最大。
Coming.Lu
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  • 2019-3-23 10:21:32
 
是的,这个1/2很奥妙。
greendot
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  • 2019-3-23 11:49:13
 
把上面式子对Vo微分,把它等于零后 (即是求最大值),就得Vo=0.5*Vin时最大。
nc965
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  • 2019-3-23 11:55:25
 
同样奥妙的事情发生在电流互感器上,最大信号幅度发生在占空比0.5处,而不是原边最大Ipk处(你可能错过对它的采样)。
nc965
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  • 2019-3-23 21:50:41
 
恒功率模式呢?
greendot
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  • 2019-3-25 12:44:13
 
肯定不在D=0.5处。
nc965
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  • 2019-3-25 12:46:39
 
我认为它会在48V:24V(10A)处。
greendot
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  • 2019-3-25 14:51:39
 
算的?猜的?
nc965
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  • 2019-3-25 15:19:50
 
认为的,也可以简单推理得到
greendot
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  • 2019-3-25 16:04:58
 
我的数理推理不行,愿闻其推。
nc965
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  • 2019-3-25 16:30:11
 
根据:8A输出,52:26V是最不利设计工况已经得到证明,占空比0.5
推断1:9.6A输出,亦是0.5,无论电压几何
推断2:10A输出,亦是0.5,无论电压几何
根据楼主的恒功率条件
得到1: 9.6A输出对应50:25V工况,
得到2: 10A输出对应48:24V工况,
如果设置相同的连续深度
得到1:电感在上述三个工况的电流波形完全相同,其幅度与输出电流的比例呈相同趋势的变化
得到2:其中10A输出(对应楼主的48:24V工况)的电感Ipk最高。
推理完毕。
greendot
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  • 2019-3-25 18:33:02
 
我的推理不及李版,如果我说是52V-24V 呢 ?
nc965
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  • 2019-3-25 21:23:53
 
如果10A变成了52:24V才成立,那8A也会,这岂不推翻了前提?难道说8A它会有某种特殊性?8.01A就不行?
greendot
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  • 2019-3-26 10:34:06
 
是说 52V-24V (10A) 啦。Ipk 最大在 D=24/52=0.4615处。
nc965
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  • 2019-3-26 11:36:09
 
52V-24V (10A) 。D=24/52=0.4615,它有一个Ipk
48V-24V (10A) 。D=24/48=0.5,它有另一个Ipk
两个Ipk肯定不一样,谁更大?
或者你直接指出上述推理的哪一个环节有错?
greendot
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  • 2019-3-26 13:07:45
 
当然是52V-24V的大。李版的推理只顾及D=0.5的工况,未考虑其他。
你我两个的输出都是24V,那Idc是一样的,而Iac/2呢,我的大,所以Ipk是我的大。
nc965
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  • 2019-3-26 14:53:13
 
你这是在推理呢?还是在认为呢?
这样说吧:即使这个Buck输入电压是30~1000V/24V10A,它的电感最不利设计工况仍然是48/24V处,最大Ipk对应占空比0.5
电感最不利工况  不等于  拓扑最不利工况
你按1000/24工况的Ipk参数设计的电感,在48/24时就可能遭遇另一个危机,当然,你可以调整频率来适应。
ganlanshuyang
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  • 2019-3-26 15:18:52
 
这个电源范围变化不是很大,算下来电感量基本在16uH左右,再加上±10%的公差,所以影响不大的
greendot
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  • 2019-3-26 16:41:21
 
有理有据,不是以为的。設电感和频率不变,你的Iac/2 = 24(1-24/28)*T/L=12*T/L,我的=24*(1-24/52)*T/L=12.923*T/L,谁的Ipk大 ?
nc965
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  • 2019-3-26 17:46:21
 
你再设纹波系数不变
greendot
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  • 2019-3-27 15:33:35
 
这个嘛,请李版再推理推理。还是放不下那 D=0.5 ? 上面说到1000V,不用这么极端,就100V-24V吧,D是0.24,Iac/2 是更大的 18.24*T/L 。
greendot
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  • 2019-3-27 15:36:37
 
这个嘛,请李版再推理推理。还是放不下那 D=0.5 ? 上面说到1000V,不用这么极端,就100V-24V吧,D是0.24,Iac/2 是更大的 18.24*T/L 。
nc965
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  • 2019-3-27 16:58:43
 
嗯,空了再琢磨一下
greendot
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  • 2019-3-27 17:17:15
 
不要费力气了,恒阻恒功,Ipk 一定是D和Ro或Po 两者的函数,所以D没有决定性,不由它说了算。
nc965
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  • 2019-3-27 21:37:44
 
刚才验证了一下,在稳压电源这个工况你说的是对的
对于Buck稳压电源,最高输入电压时电感应力最大。
对于Buck调压电源,最高输入电压占空比0.5(半压输出)时电感应力最大。
对于Buck调功电源,最高输入电压占空比0.5(半压输出)时电感应力最大。
nc965
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  • 2019-3-28 09:10:03
 
一觉醒来,突然发现我这次终于成功地被你绕到坑里去了,虽然知道你不是故意的,而是你的糊涂传染给我,绕来绕去就一起糊涂了。哈哈。
Buck电感的最不利工况是最高输入电压的半压输出,即占空比0.5,无论对于任何模式(连续、临界、断续)、任何负载(恒阻、恒流、恒功率)、任何应用(稳压、调压、调功)都是成立的。
对于楼主的案例,各种特定条件的最大Ipk都是在52:26V这个工况。对于恒阻负载,按最高26V(240W)设计比按最高30V(240W)设计的电感Ipk更大。这样去理解0.5这个事。
对于100:24V10A(240W)这个案例,它的Ipk远小于100:50V4.8A(240W)这个案例的Ipk,大致与100:76V3.16A(240W)的Ipk相当。这样去理解0.5这个事。
也就是说,按最高输入电压占空比0.5这个工况设计的Buck电感,在其他任何工况都可以正常运行(Ipk都更低),反之则不行(饱和、退出连续模式)。

greendot
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  • 2019-3-28 11:00:51
 
又见红色标语,是李版的百宝箱里拿出来的吧。
nc965
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  • 2019-3-28 11:03:17
 
Buck玩得太多,一点体会而已。
greendot
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  • 2019-3-28 11:24:56
 
呵呵,怀疑百宝箱里都不是什么好东西哈。 Buck 玩得太多,麻木了,不再思考了,就凭特例经验放之於所有情景。
nc965
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  • 2019-3-28 11:28:01
 
其实你之前对恒流模式的证明,已经说明了所有事情,只要你能归结为0.5这个点,此点的电流和功率就是孤立的,就与它的来路(模式)没有了关系。
如果你想提出反证,你必然会推翻你之前的证明。
或者,你提出任何一个反证试试?(提出之前请保持头脑清醒-----你怀疑我百宝箱里都不是什么好东西,我怀疑你头脑现在还不够清晰
greendot
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  • 2019-3-28 11:37:33
 
就说240W恒功模式,“对于100:24V10A(240W)这个案例,它的Ipk远小于100:50V4.8A(240W)这个案例的Ipk”,是臆测出来的吧,算过没有? 算过的话,在这里贴出来看看 ?
nc965
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  • 2019-3-28 11:42:05
 
你马上算便知
提示1:我们是在设计电感,纹波系数要得到控制,怎么控制?频率不变,感量调整,然后确定1个感量,放到2种工况,再算2个Ipk,明白?
提示2:你也可以单独为2种工况设计2个电感(个头大小不一),频率不变,纹波系数不变,各自的Ipk大小比较,这是件糊涂事!你得彼此交换比较才算清醒!明白?
提示3:我还提到有第3种工况,也建议比较一番,1个电感3个工况,或者3个电感(个头大小不一)交叉比较。
希望你这次能得出清晰的结论。
greendot
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  • 2019-3-28 12:17:12
 
现在头脑不好使,估计我要看李版的实际计算结果,才能明白。相信路过的坛友也想看看吧。
nc965
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  • 2019-3-28 12:21:04
 
看来我的怀疑颇有预见性,不急,先理解3条提示的含义,清醒了再议。
greendot
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  • 2019-3-28 12:37:48
 
我理解与否不重要,要证明百宝箱里的是好东西,需要李版亲自演示计算过程,不是已经算过了吗,抄出来或贴个图而已,让大家学习学习。(这不是要挑战你,只想见识一下)
nc965
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  • 2019-3-28 12:34:33
 
或者按提示1给一个参数,
中间工况的100:50V4.8A(240W),频率100KHz,感量100uH,Buck的最不利工况,放其他两个工况下运行应该绰绰有余(已经仿真验证过),比较吧。
nc965
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  • 2019-3-28 12:49:21
 
或者按提示2给一个参数,
第1工况的100:24V10A(240W),频率100KHz,感量30uH,纹波系数尚可,Ipk几何?把这个电感放到其他2个工况下运行会得到什么Ipk,比较吧。
greendot
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  • 2019-3-28 16:08:51
 
回69楼,既然仿过,何不直接给出两个Ipk看看,就两个数。不禁要问Ipk是什么?
nc965
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  • 2019-3-28 17:03:19
 
那不仅仅是两个Ipk的事,按纹波系数相等的约束条件(38:100uH)计算得到的两个电感(磁芯频率相同匝数气隙不同),感觉(磁应力)差不多?  不过铜损确实前者大很多,正在纳闷。
greendot
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  • 2019-3-28 18:17:52
 
真是越看越不知做什么,就按65楼的提问,列出Ipk和所有的条件,不就结了? 按几下计数器就有答案的事,用不着仿真吧。
nc965
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  • 2019-3-28 18:36:27
 
65楼那个你的说法是对的,前者Ipk大很多(2倍),但需要感量会小很多(0.38倍),(相同的磁芯)磁偏大致相当,但已经可以肯定0.5不是最不利工况。
greendot
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  • 2019-3-29 14:50:23
 
是吧? 这问题其实很简单,Ipk 不是单独一个D所能决定的,根本不用计算,就知道李版的说法有问题。
nc965
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  • 2019-3-29 15:11:55
 
嗯,但是在调压器里,它就是单独一个D决定的,0.5就成立。早年的工程体会,这贴突然想起,正好用上,算不上百宝箱,技海拾趣而已,你也是求极值才得到证明。只不过把这规律扩大化,有点草率,惭愧得很。
greendot
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  • 2019-3-29 16:34:13
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我计算是给您看的,没数据,您能相信?一直要您给我数据,就是逼迫你真正的算一算。
ganlanshuyang
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LV8
副总工程师
  • 2019-3-29 17:09:31
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那我到底应该在什么情况下计算电感呢?输出40-52V,输出24-32V,输出电流8A
nc965
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  • 2019-3-29 17:51:26
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52:26,占空比0.5
greendot
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  • 2019-3-29 18:07:56
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同意80楼的。
nc965
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  • 2019-3-20 16:13:06
 
Buck电感的最大应力发生在满载50%占空比(半降压)时,如果你没有这个占空比,最接近这个占空比就是设计工况。
ganlanshuyang
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LV8
副总工程师
  • 2019-3-20 16:24:24
 
我的输入电压是40-52V,输出电压在24-30V范围内调压
nc965
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  • 2019-3-20 16:26:12
 
那就是输入52V输出26V,然后输入48V输出24V再校核一下(因为不知道你的电流或者功率会不会随之变化----阻性负载无需此举)。
greendot
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  • 2019-3-20 17:32:32
 
Buck电感的最大应力是指它的磁损铜损?
nc965
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  • 2019-3-20 17:35:04
 
Ipk,最大磁偏
greendot
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  • 2019-3-20 18:15:49
 
这样也看不到最大应力发生在满载50%占空比处。
nc965
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  • 2019-3-20 18:17:12
 
发生在哪?总得有个地方吧,你可以假定恒阻、恒流、恒功率三种负载来推导。然后
100%占空比纹波最小,Ipk=Iout,其大小按恒阻、恒流、恒功率排序,但都不是最大的
0%占空比,空载,前两种负载肯定没啥动静,Ipk最小=0,也恒不了功率。
那么,显然,0%~100%占空比范围内一定有个最大Ipk值,它在何处?
greendot
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  • 2019-3-21 11:02:52
 
它在何处? 看条件, 不能一概而论
nc965
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  • 2019-3-21 11:09:20
 
你弄一个特定条件试试?
ganlanshuyang
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副总工程师
  • 2019-3-21 11:14:59
 
帮忙解答下这个问题,非常感谢:https://bbs.21dianyuan.com/thread-308411-1-1.html
greendot
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  • 2019-3-21 11:39:01
 
那就:输入恒定,输出可变,恒阻负载,CCM。如何?
nc965
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  • 2019-3-21 11:47:12
 
可以哈。
greendot
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  • 2019-3-21 12:03:48
 
Ipk 最大在 D=L/(R*T)+0.5 处,1-2*L/(R*T)<D<1 for CCM。
nc965
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  • 2019-3-21 12:26:15
 
你这个结论是,深度CCM模式为0.5,有没有对应到临界模式的值(比如输出不变而输入变化)?向0.5逼近的过程如何?比如典型的0.4纹波系数位于何处?
恒流呢?继续
greendot
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LV12
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  • 2019-3-21 13:29:36
 
改为恒流的话,是在D=0.5处。其余的问题,李版自行继续。
ganlanshuyang
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  • 2019-3-21 17:00:26
 
我就按占空比是0.5时来计算电感量吧
电子古董
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  • 2019-3-21 17:33:35
 
占空比0.5是工作在CRM模式吧
greendot
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  • 2019-3-21 18:18:10
 
可以,先有个数,然后有需要再调。问一下,究竟负载是什么?
ganlanshuyang
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LV8
副总工程师
  • 2019-3-21 20:03:19
 
输入40-52V,输出24-30V,输出电流8A
nc965
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  • 2019-3-22 09:17:18
 
30V8A=240W
你在24V也只能出8A的话,就是恒流模式,按0.5占空比设计,52:26
你在24V也要出240W(10A)的话,就是恒功率模式,按0.5占空比设计,48:24
你的负载是个240W电热器的话,你也应该按恒流模式设计,他会正确弥合因恒阻模式占空比大于0.5所引起的歧义。
总之一句话:Buck电感的最大应力发生在满载50%占空比(半降压)时,可以一概而论。
ganlanshuyang
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  • 2019-3-20 17:48:41
 
算先来电感量为16uH
电子古董
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  • 2019-3-20 19:13:14
 
你这个是DC-DC拓扑,先告诉L是工作在什么模式?DCM/CRM/CCM?
这三种工作模式的电感计算方法是完全不同的
chenyinhu
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本网技师
  • 2019-4-3 10:45:57
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我也感觉该是最大输入最小输出的算
friendship424
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  • 2020-4-29 11:56:51
  • 倒数5
 
最近学习了下这个贴,发表下自己的看法。
1、电感最恶劣工况发生在能量传输需求最大时,即位最大伏秒处,这个没有问题。
最大伏秒值(W)即为W=(Vin-Vout)*Vout/Vin,我们令Vin=n*Vout,就有:W=(n-1)/n*Vout,当n趋向无限大时,出现我们的最大能量传输需求W=Vout,也就是说,最大输入最小输出最恶劣。
2、从磁偏置角度看,据(Vin-Vout)=L*Ip/(Don/fs),同样令Vin=n*Vout,可推导出Ip=(n-1)/n*(Vout/L*fs),也可以看出n越大,磁偏置越大,越恶劣。
综上,个人认为Buck就是压差越大,就越需要电感发挥功效,电感压力就越大,压差越小,电感压力就越小。所以应该是最恶劣工况应该是压差最大时。
Coming.Lu
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  • 2020-4-29 21:29:17
  • 倒数4
 
按VT最大的时候算。
blueskyy
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  • 2020-5-4 14:08:22
  • 倒数3
 
是否该结论可推广到其它的拓扑 ?
Coming.Lu
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  • 2020-5-5 08:16:49
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基本上吧。
VT最大,三角形B就最大吧。
tmcent
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  • 2020-5-5 09:36:24
  • 倒数1
 
直接套用公式就可以了
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