KOKA012 November   2021 LM5157 , LM5157-Q1 , LM51571-Q1 , LM5158 , LM5158-Q1 , LM51581 , LM51581-Q1

 

  1.   LM5157x, LM5158x를 사용하여 부스트 컨버터를 설계하는 방법
  2.   상표
  3. 1LM5157 부스트 디자인 예시
  4. 2계산 및 부품 선택
    1. 2.1  스위칭 주파수
    2. 2.2  인덕터 계산
    3. 2.3  기울기 보정 검사
    4. 2.4  인덕터 선택
    5. 2.5  다이오드 선택
    6. 2.6  출력 캐패시터 선택
    7. 2.7  입력 캐패시터 선택
    8. 2.8  UVLO 저항기 선택
    9. 2.9  소프트 스타트 캐패시터 선택
    10. 2.10 피드백 저항기 선택
    11. 2.11 제어 루프 보정
      1. 2.11.1 교차 주파수(fcross) 선택
      2. 2.11.2 RCOMP 선택
      3. 2.11.3 CCOMP 선택
      4. 2.11.4 CHF 선택
    12. 2.12 전력 손실 및 효율성 추정
  5. 3구현 결과
  6. 4작은 신호 주파수 분석
    1. 4.1 부스트 조절기 모듈레이터 모델
    2. 4.2 보정 모델링
    3. 4.3 개방형 루프 모델링

2.2 인덕터 계산

부스트 컨버터의 인덕턴스 값은 인덕터 전류 리플비(RR, 평균 인덕터 전류에 대한 피크 대 피크 리플 전류로 정의됨)로 계산할 수 있습니다. 인덕턴스 값의 선택을 지배하는 세 가지 주요 고려 사항이 있습니다: 전력 손실, 인덕터 전류의 하강 경사면 및 제어 루프의 오른쪽 절반 평면(RHP) 제로 주파수(ωZ_RHP)입니다.

  • 인덕턴스 값이 증가할수록 인덕터 코어 손실과 RMS 전류는 작아지지만 인덕터의 DCR은 더 높아질 수 있다는 점에 주목하십시오.
  • 인덕턴스 값은 LM5157x/LM5158x의 피크 전류 모드 제어에서 인덕터 전류의 하강 경사가 서브 고조파 진동을 방지할 수 있을 만큼 충분히 작아야 합니다.
  • 부스트 컨버터에서 RHP 0은 일반적으로 설계의 대역폭 제한을 설정합니다. 따라서 RHP 0 주파수는 제어 루프의 높은 교차 주파수를 허용하기에 충분히 높아야 합니다. 상대 인덕턴스 값이 감소할수록 RHP 0 주파수는 증가합니다.

최대 리플비율이 30%~70%인 경우 상기 고려사항들간의 밸런스가 양호합니다. 이 예시에서는 인덕터 전류의 최대 리플비가 60%로 설정됩니다. 연속전도모드(CCM) 운전 시 듀티 사이클 33%(DmaxΔIL=0.33)에서 최대 리플비가 발생하며, Equation2는 33% 듀티 사이클에서 공급 전압을 계산하는 데 사용됩니다.

Equation2. V SUPPLY _ 최대 Δ IL = V LOAD ∙ 1 - D 최대 Δ IL = 12 ∙ 1 - 0.33 = 8 V

여기서

  • DmaxΔIL은 최대 인덕터 리플 전류가 발생하는 듀티 사이클입니다.

VSUPPLY_maxΔIL를 아는 상황에서, 원하는 리플비 및 스위칭 주파수를 Equation3을 사용하여 1.6 부하에서의 인덕턴스 값을 계산합니다(VSUPPLY = 6V to 9V).

Equation3. L M _ calc _ 1 = V SUPPLY I SUPPLY ∙ RR ∙ F sw ∙ D = 8 V 2.4 A ∙ 0.6 ∙ 2.1 MHz ∙ 0.33 = 0.88 μH

여기서

  • D최대 인덕터 리플 전류가 발생하는 듀티 사이클입니다.
  • RR은 인덕터 전류 리플비입니다.

33%의 듀티 사이클이 발생하지 않는 0.8A의 부하 케이스(VSUPPLY = 3V to 6V) 조건에서 최대 공급 전압(VSUPPLY = 3V~6V)을 사용하여 최대 리플 비율을 계산합니다. Equation4는 인덕터 값을 계산하는 데 사용합니다.

Equation4. L M _ calc _ 2 = 6 V 1.6 A ∙ 0.6 ∙ 2.1 MHz ∙ 0.5 = 1.49 μH

1.5µH의 표준 인덕턴스hH는 두 영역의 요구 사항을 모두 충족하기 위해 LM 값으로 선택됩니다. 최대 피크 인덕터 전류는 공급 전압이 최소값인 VSUPPLY_min 및 최대 부하 전류 ILOAD_max일 때 발생합니다. 피크 인덕터 전류는 Equation5와 Equation6을 사용해 계산합니다. 다시 말해, 두 영역은 별도로 계산되며 이때 더 큰 영역이 곧 최대 영역이 됩니다.

Equation5. I L peak _ 최대값 _ 1 = V LOAD ∙ I OUT V SUPPLY ∙ η + 1 2 ∙ V SUPPLY ∙ D L M ∙ F sw = 12 V ∙ 1.6 A 6 V ∙ 0.9 + 1 2 ∙ 6 V ∙ 0.5 1.5 μH ∙ 2.1 MHz = 4.03 A
Equation6. I L peak _ 최대값 _ 2 = 12 V ∙ 0.8 A 3 V ∙ 0.9 + 1 2 ∙ 3 V ∙ 0.75 1.5 μH ∙ 2.1 MHz = 3.91 A

여기서

  • η은 추정 효율입니다.

피크 인덕터 전류는 LM5158, LM51581, LM5157, LM51571 중 디바이스를 적절히 선택하는데 사용됩니다. 데이터 시트에서 현재 한계를 참조하십시오. 레귤레이터의 구성 요소 공차 및 전력 손실로 인해 피크 전류 한계는 계산된 피크 인덕터 전류보다 어느 정도의 여유로 선택해야 합니다. 이 예시에서는 15%의 여유도가 사용되며 LM5157 디바이스가 선택됩니다.