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由任意拓扑公式L * IL = V * t / r 所想到的问题

对于任意拓扑 ,有公式 : L * IL =  V * t / r  ,   这里的 r 为纹波率, 那么是不是可以肯定的讲 IL * r = delta I  ,     delta I 为电流的变化, 而这里的IL 是一个为了计算方便虚拟出来的一个参数 ? 

请看下面一本书上介绍的BOOST应用:

Vin = 5 -- 25 V ,   Vout = 25 V,  Io max = 2 A ,   fs = 200khz  ,  的BOOST 电路,求电感推荐量 ?

计算如下:

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

V * S 数为 Vi * Ton = 5 * 4 = 20 V * uS  , 取 r = 0.4  , 则 L * IL = 20/ 0.4 = 50uH * A 

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

电感的额定电流为 ( 1 + r/2) * IL = 12A ,  所以取电感 4.7uH/ 12A 。 

这个电感是不是需要12A的电感呢? 

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

我这里给出另外一个计算方式:

当满载2A时,假设电路工作在临界CRM模式, I1 = 0 , I2 为电感电流的峰值 ,  那么I2 - I1 = delta I =  I2 ,

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

这里计算出的电感是 Lc = 1uH ,通常是用在负载电流降到满载的1/5,工作模式由CCM转DCM , 那么 L = 5 * Lc = 5uH ,跟上面一样的,

上面有误, 上面计算的Lc = 2uH ,实际上应该是降低到1/2.5 ,也就是原来的40% ,工作模式由CCM转DCM , L = 2.5 * Lc = 5uH

delat I = 20V * uS / L = 4A ,   也就是I2 - I1 = 4A ,注意这里现在I1 是不为0的 ,刚才上面为了计算的方面设为0 , 正常工作是在CCM模式

又 ILavg =  ( I1 + I2 / 2 ) * D = Io max = 2A ,  D 为0.8 ,  那么I1 + I2 = 5A , ILavg 为电感的平均电流

  ILavg =  ( I1 + I2 / 2 ) * D = Io max  ” , 这里有误, ILavg = ( I1 + I2 ) / 2 = Pi / Vi  , Pi 为 输入的功率 ,所以下面的 I1 + I2 = 20A

而不是5A  ,电感应该取值是 4.7uH / 12 A ,跟上面是一样的。

 

I1 + I2 = 5A ,

I2 - I1 = 4A , 可以得出 I1 = 0.5A ,I2 = 4.5A , 这里电感取值 4.7u / 5A 

到这里就完了,可以看出前面的计算的电感量是在满载时工作在CCM模式,电流逐渐减小到满载的1/2.5,则由CCM模式转DCM模式,跟上面的计算结果是一样的,不一样的地方出现在电感的峰值电流 上面需要12A电感,我计算的结果只需要5A 电感就可以了。

前面我说了,IL 根本就不是什么电感的参数,是为了计算而虚拟出来的一个参数,就象 r 这个参数一样的,为了计算方便定义的一个量。

谁能告诉我 ?

 

 

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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
发出帖子的时候,我已经发现问题了。有个公式是错误的,(I1 + I2)/2 = ILavg= Pi/Vi
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appleY
LV.5
4
2017-11-09 13:28
@appleY
发出帖子的时候,我已经发现问题了。有个公式是错误的,(I1+I2)/2=ILavg=Pi/Vi
这样计算的结果是,I1+I2=20A,I1=12A, I2=8A,是一样的,稍晚发个图上来。
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2017-11-09 17:05

《精通开关电源设计》中有关于IL的定义:

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appleY
LV.5
6
2017-11-09 22:18
@boy59
《精通开关电源设计》中有关于IL的定义:[图片]

正确的是第一张图,实际工作在CCM模式的,用的是第一张图的平均电流公式,  我在计算电感时是假定工作在CRM模式,I1 = 0 , 便于计算引用了 ILavg =  I2 * D/ 2 ,  这个I2就是电感的峰值电流,

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appleY
LV.5
7
2017-11-09 22:22
@boy59
《精通开关电源设计》中有关于IL的定义:[图片]

开关电源上很多采用经验公式,我非常的反感这种计算方式,有抵触的心理,喜欢自己用数学公式推理出来,而且不会忘记。

比喻 纹波率 r ,这个参数是 r * ILavg = delat I  = I2 - I1 ,    而开关电源中直接给出0.4   .

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appleY
LV.5
8
2017-11-10 09:31
@appleY
开关电源上很多采用经验公式,我非常的反感这种计算方式,有抵触的心理,喜欢自己用数学公式推理出来,而且不会忘记。比喻纹波率r,这个参数是r*ILavg=delatI =I2-I1,  而开关电源中直接给出0.4  .
实际上那个r 就是电感在多少倍的临界电感量的话,一定对应一个纹波率,这个跟电感取值有关,也就是电流的波形有关的。比喻用L = 10 Lc ,那么纹波率就是 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
开关电源上很多采用经验公式,我非常的反感这种计算方式,有抵触的心理,喜欢自己用数学公式推理出来,而且不会忘记。比喻纹波率r,这个参数是r*ILavg=delatI =I2-I1,  而开关电源中直接给出0.4  .
理论计算是很好,但有时候计算满复杂的,经验公式来得快。
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2017-11-12 10:52
@gxg1122
理论计算是很好,但有时候计算满复杂的,经验公式来得快。

这种Boost架构的理论计算是很有必要的

像磁芯的选择之类的都要有理论计算依据,当然这计算也是比较简单的

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appleY
LV.5
11
2017-11-12 14:04
@gxg1122
理论计算是很好,但有时候计算满复杂的,经验公式来得快。
这个理论计算一点都不复杂,只是大家经常计算的电感量里面隐藏一个参数就是取的电感量是满载时工作在CRM模式下电感量的2.5倍,所以这个r是 1/2.5  = 0.4,有部分书上写到这个问题,关键取决于成本压力、体积、纹波大小,所以综合来一般取2.5倍,也就是电流降低到原来的40%时模式转换。上图的第一个图向下平移到I1 = 0 ,那么I2 = delata I ,很容易理解记忆的。开关电源里面的V*S法则就是来源于 iL = L * d VL/dt , 这里所有的推导也可以这个公式扩展开来,如果通过两个定积分方程求平均电流,再跟输出功率建立关系一样可以求出临界电感,BUCK 、 BOOST、Flyback都可以, 不用记忆,也很容易理解。
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appleY
LV.5
12
2017-12-20 16:14

上面的计算有错误,更正下 :

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

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

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

临界模式下电感计算根据功率值给出积分方程,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平衡给出式子是一样的结果。

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