Индуктивности для SMPS

[YS]

Читал статью в Википедии, много думал.

Получается, что чем меньше максимальный ток нагрузки, тем больше должна быть индуктивность? Да, я вижу, что это следует из формул, но как к этому подойти качественно? Ведь, по идее, чем меньше ток нагрузки (при одинаковом напряжении), тем меньшую мощность она потребляет, тем меньше энергии надо накапливать в индуктивности, тем меньше должна быть индуктивность. Но аккуратный расчет показывает обратное. WTF?

Еще вопрос. Я правильно понимаю, что для индуктивности существенны только два условия (кроме, собственно, номинала):

- ток насыщения должен превосходить пиковый рабочий ток;
- сопротивление должно быть минимально;

?

Получается, что минимальный ток преобразователя определяется номиналом индуктивности, а максимальный - параметрами ключа?

[Starichok51]

ну, ладно, подойдем качественно и количественно...
когда прикладываем к индуктивности импульс напряжения, в ней начинает возрастать ток. скорость изменения тока, как известно, обратно пропорциональна индуктивности. формула всем известна.
и если нам нужно маленький ток накопить, нужна большая индуктивность.

- ток насыщения должен превосходить пиковый рабочий ток;

совершенно, в попу, правильно.

- сопротивление должно быть минимально;

желательно, но сопротивление получится такое, какое и получится, чтобы намотать нужное число витков, и при этом чтобы провод поместился в окно сердечника.
касательно преобразователей, если ток нагрузки будет меньше минимального тока дросселя, то выходное напряжение будет завышенным против расчетного, так как накопленная энергия в дросселе во время импульса должна быть равна отданной энергии во время паузы (мертвого времени).

[serg_ns]

Хех, название темы как то не очень Хорошо, по ссылке посмотрел. Вообще-то, SMPS - это switch mode power supply, то бишь импульсный источник питания. Buck-boost - всего лишь разновидность этого. Для других топологий возможно и не надо запасать энергию, прямой связи с индуктивностью может и не быть.

[YS]

Вообще-то, SMPS - это switch mode power supply, то бишь импульсный источник питания. Buck-boost - всего лишь разновидность этого.

Я знаю. Просто, скорее всего, у меня появятся вопросы и относительно других топологий. Потому я постарался сделать название темы всеобъемлющим.

А вообще, как видно, схемы buck, boost и buck-boost расчтиываются одинаково - принципы одни и те же. И обратноходовый преобразователь - то же самое, только вид под другим углом.

и если нам нужно маленький ток накопить, нужна большая индуктивность.

Так ведь можно просто варьировать ширину импульса?

Т.е. получается, что рассчитывать индуктивность надо по формуле границы между неразрывным и разрывным режимом, исходя из минимальной ширины импульса и минимального тока?



Starichok51, спасибо, проясняется.

[Coolish]

Кстати, ликбез бы не помешал по основным топологиям и роли индуктивности в них. В том числе, по их зарубежным названиям.

Для меня как для радиолюбителя, индуктивность является наиболее интуитивно непонятным элементом, её трудно "пощупать" на постоянном напряжении (остальные базовые радиоэлементы, даже конденсаторы, что характерно, можно). Кроме того, простой мультиметр, как правило, индуктивность не измеряет.

До основных процессов, происходящих в импульсных преобразователях, мне удалось дойти опытным путём, но вопрос, заданный YS, подсказывает мне о том, что я не один так "плаваю" в теории.

Мне кажется, что информация на разных сайтах весьма разрознена и часто выхватывает какие-либо отдельные особенности применения в одном типе преобразователей. Существуют ли описания, где расписано именно на "качественном" уровне, без углубления в формулы?
ИМХО, не помешает такое поместить в раздел "обучалка"

[Starichok51]

Т.е. получается, что рассчитывать индуктивность надо по формуле границы между неразрывным и разрывным режимом, исходя из минимальной ширины импульса и минимального тока?

исходя из максимальной ширины импульсов. остальное все правильно.
варьировать ширину импульса мы далеко не всегда имеем возможность.
чаще всего шириной импульса командует ШИМ-контроллер, а не мы.

[YS]

Кстати, ликбез бы не помешал по основным топологиям и роли индуктивности в них.

Роль индуктивности везде одна - накапливать энергию. Основные же топологии бестрансформаторных преобразователей следующие:

Buck converter (Step-down) - понижающий преобразователь:

Boost converter (Step-up) - повышающий преобразователь:

Buck-boost/voltage inverting converter - повышающе-понижающий/инвертирующий напряжение преобразователь:


Есть, правда, еще всякая экзотика вроде SEPIC и преобразователей Чука - там борьба за то, чтобы сделать повышающе-понижающий, но неинвертирующий преобразователь.

Для меня как для радиолюбителя, индуктивность является наиболее интуитивно непонятным элементом

Таки да, есть такое... Я тоже с подозрением отношусь к катушкам. Но когда-то осваивать же надо, ибо штука полезная (и, к тому же, один из основных радиоэлементов).

Существуют ли описания, где расписано именно на "качественном" уровне, без углубления в формулы?

На совсем-совсем качественном уровне там все просто: преобразователи строятся так, что часть времени катушка накапливает энергию в своем поле, а часть времени отдает ее в нагрузку. Разница только во включении катушки и длительностях импульсов. А вот в деталях начинаются непонятки вроде описанной мной. Но, вроде как, прояснилось.

Очень доходчиво написано в английской Википедии (ссылки выше).

исходя из максимальной ширины импульсов.

Т.е., из минимального времени передачи тока в нагрузку? Или из минимального времени накопления энергии в индуктивности?

[Starichok51]

самый "тяжелый" режим для индуктивности - когда длительность импульса равна длительности паузы. в этом случае требуется максимальное значение индуктивности.
при отклонении в ту или другую сторону от этой "середины" требуемая величина индуктивности уменьшается. и ситуация оказывается зеркальная. так как нет разницы, что принять за длительность импульса и за длительность паузы.
поскольку закон сохранения энергии работает всегда, нет разницы, от чего делать расчет - от времени накопления энергии или от времени отдачи энергии.

[YS]

Хм. Буду переваривать...

[kaSKAd]

В последнее время часто имею дело со step-up преобразователями, но сомневаюсь, что правильно выбираю катушку.
Я использую катушки такого типа.
Хочется опытным путём проверить, какой тип катушки является более подходящим, ведь их как минимум с десяток. Но начал сомневаться, стоит ли на это тратить время: может кто-нибудь уже проделывал подобные эксперименты или может теоретически обосновать выбор той или иной конструкции катушки.

[Телекот]

Для меня как для радиолюбителя, индуктивность является наиболее интуитивно непонятным элементом, её трудно "пощупать" на постоянном напряжении (остальные базовые радиоэлементы, даже конденсаторы, что характерно, можно).

А остальные величины вы можете щупать?
Хотя знал одного инженера который при настройке аппаратуры уплотнения К-60 индуктивность измерял на глаз.

[kaSKAd]

В последнее время часто имею дело со step-up преобразователями, но сомневаюсь, что правильно выбираю катушку.
Я использую катушки такого типа.
Хочется опытным путём проверить, какой тип катушки является более подходящим, ведь их как минимум с десяток. Но начал сомневаться, стоит ли на это тратить время: может кто-нибудь уже проделывал подобные эксперименты или может теоретически обосновать выбор той или иной конструкции катушки.

Изучая даташиты, случайно наткнулся на ответ на свой вопрос:

Selecting the Right Inductor
The geometry and the shape of the inductor chosen can have advantages and disadvantages. If high performance is a concern, then the toroid inductors are the best choices, as the magnetic flux is contained completely within the magnetic core, resulting in less EMI and noise. The EMI and noise can affect nearby sensitive circuits. In these situations, closed magnetic structures, such as toroid, pot core, or E-core, are more appropriate.
In cost-sensitive applications, the inexpensive bobbin core inductors can be used. However, the bobbin core inductors can generate more EMI, as the open core does not confine the flux within the core and can affect nearby sensitive circuits.