Z życia elektronika – #22 – Dobór cewki do przetwornicy obniżającej napięcie (step-down, buck)

Na rozgrzewkę:

We wpisie przedstawię proces doboru cewki podczas projektowania przetwornicy obniżającej napięcie, parametry jakie należy wziąć pod uwagę oraz zmianę wartości parametrów w aplikacji. Przedstawię takżę analizę WCA niezbędną do doboru cewki.

Zakres wpisu:

  • Obliczenie prądu z jakim będzie pracowała przetwornica
  • Dobór cewki

Obliczenie prądu z jakim będzie pracowała przetwornica:

W jednym z moich projektów używam przetwornicy obniżającej napięcie, która obniża napięcie z 12V do 3.3V. Do domeny 3.3V podłączony jest procesor, moduł komunikacyjny, multipleksery analogowe oraz rezystory konfiguracyjne.

Prąd pobierany przez poszczególne komponenty odczytywałem z dokumentacji układów:

  • procesor pracuje z częstotliwością 16MHz, 32 piny pracują z tą samą częstotliwością, wykorzystuje TIM3 oraz przetwornik analogowo-cyfrowy,
  • Prąd pobierany przez multiplekser,

Parametry analizy wyglądają następująco:

Suma prądów:

Wyznaczenie tętnień prądu oraz prądu szczytowego:

Dobór cewki:

Prąd cewki:

W dokumentacji cewek podawane są zwykle dwa prądy:

  • prąd saturacji, przy którym zmniejsza się indukcyjność cewki. Wartość procentowa o jaką zmienia się indukcyjność nie jest standardem, zwykle producent podaję tą wartość. W przypadku dobranej cewki wartość indukcyjności zmniejsza się o 10%.
  • prąd, przy którym temperatura cewki wzrasta. Wartość o jaką wzrasta temperatura cewki nie jest standardem, zwykle producent podaję wartość. W przypadku dobranej cewki wartość temperatury wzrasta o 40C.
Dobrana cewka powinna mieć wyższy prąd znamionowy pracy niż maksymalny prądy spodziewany w aplikacji.
SRF (Self Resonance Frequency):

czyli częstotliwość, przy której reaktancja indukcyjna jest równa reaktancji pojemnościowej komponentu. Maksymalna częstotliwość pracy przetwornicy powinna być niższa niż SRF cewki. Schemat zastępczy cewki opisywałem w jednym z poprzednich wpisów. Generalnie pojemność cewki tworzą druty nawojowe uzwojenia, które są odseparowane od siebie lakierem jakim są pokryte.

Często producenci cewek tj. Murata czy TDK na swoich stronach mają interaktywne charakterystyki, na podstawie których możemy odczytać parametry cewki w interesujących warunkach pracy. Do dobranej cewki nie ma wspomnianych charakterystyk na stronie, lecz są następujące: zmiana indukcyjności vs. prąd oraz zmiana temperatury vs. prąd.

 

Przykład charakterystyk dla pzykładowej cewki TDK:

 

[1] https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32g071rb.html

[2] https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74HC_HCT4051.pdf

[3] https://www.mouser.pl/datasheet/2/281/1/J_E_TE243B_0052_DS106C2_reference-2301529.pdf

[4] https://www.murata.com/en-global/products/productdetail?partno=%23B966BS-331M%3DP3

[5] https://product.tdk.com/en/search/inductor/inductor/smd/info?part_no=CLF7045NIT-331M-D

Autor artykułu
Mateusz Pluta

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.