벅 컨버터 설계 가이드: 인덕터, 커패시터 및 효율

벅 컨버터와 LDO를 사용하는 경우

선형 레귤레이터 (LDO) 는 단순하고 조용하지만 모든 초과 전압을 열로 소산시킵니다. P = (V_in − V_out) × I_out.1A의 12V→3.3V에서는 8.7W가 손실되므로 히트싱크가 필요하고 입력 전력의 73% 가 낭비됩니다.

벅 컨버터는 85~ 95% 의 효율을 달성하지만 인덕터, 출력 커패시터, 전용 컨트롤러 또는 통합 전원 IC가 필요합니다.한 번 투자할 가치가 있는 복잡한 크로스오버 포인트:

“매스블록_0"

일반적인 PCB 설계의 경우: (V_in − V_Out) × I_OUT > 0.5W인 경우 비용을 고려하세요.

기본 방정식

듀티 사이클 (연속 전도 모드):

“매스블록_1”

1차 통과 계산의 경우 η = 0.88 (88% 효율) 이라고 가정합니다.

주어진 리플 전류 (일반적으로 I_out의 20-40%) 에 대한 인덕터 값:

“매스블록_2”

주어진 출력 리플 전압에 대한 출력 커패시터:

“매스블록_3"

이것이 이상적인 최소값입니다.실제로 커패시터의 ESR을 더하십시오: ΔV_ESR = ΔI_L × ESR.

작업 예제: 2A에서 12V → 5V

주어진 값: V_in = 12V, V_OUT = 5V, I_OUT = 2A, f_sw = 400kHz

1.듀티 사이클: D = 5/(12 × 0.88) = 0.473 (47.3%)

2.리플 전류 (출력 출력의 30%): ΔI_L = 0.6A

3.인덕터: L = 5 × (1 − 0.473)/(0.6 × 400,000) = 11µH → 10µH 표준 사용

4.출력 커패시터 (ΔV = 50mV): C = 0.6/ (8 × 400,000 × 0.05) = 3.75µF → 마진으로 10µF를 사용

5.인덕터 피크 전류: I_피크 = 2 + 0.3 = 2.3A — 2.5A 이상의 정격 인덕터 선택

인덕터 선택

주요 사양:

• 인덕턴스 값 ± 20% 는 괜찮습니다. 페라이트 코어는 DC 바이어스로 드리프트됩니다.
• 포화 전류 > I_Peak (코어가 절대 포화되지 않아 효율이 떨어짐)
• DCR (DC 저항) — 낮을수록 좋습니다. P = I²×DCR
• SRF (자체 공진 주파수) > 2× f_sw

2A에서 10µH의 경우 뷔르트 74437324100 또는 TDK SLF12555T-100M4R3 주파수를 사용하는 것이 일반적입니다.

커패시터 선택

출력 커패시터의 경우 세라믹 X5R 또는 X7R이 선호됩니다.Y5V (높은 커패시턴스 손실 대 DC 바이어스) 를 피하십시오.벌크 커패시턴스의 경우 전해질을 병렬로 사용할 수 있습니다.

입력 커패시터의 경우 컨버터 근처에 10—100µF 벌크 캡을 놓고 IC 핀에 1µF 세라믹을 배치하십시오.입력에서 끌어온 스위칭 전류는 펄스됩니다. 입력 디커플링이 불량하면 보드 전체에 노이즈가 발생합니다.

효율성 손실

주요 손실 메커니즘: 1.전도 손실: FET 및 인덕터 DCR에서의 I²×R 2.스위칭 손실: p_w = 0.5 × V_in × I_Out × t_sw × f_sw (f_sw에 비례) 3.게이트 전하 손실: p_g = 페트당 Q_g × V_gs × f_sw 4.인덕터 코어 손실: 주파수 및 플럭스에 따라 다름 (코어 데이터시트 참조)

일반적인 구성 요소의 경우 400kHz에서 88-92% 의 효율을 기대할 수 있습니다.1MHz에서는 스위칭 손실이 증가합니다. 고급 FET를 사용하지 않는 한 효율은 83-87% 까지 떨어질 수 있습니다.

부품을 주문하기 전에 [벅 컨버터 계산기] (/culators/power/buck-converter) 로 설계를 모델링하여 듀티 사이클, 인덕터 크기 및 커패시터 요구 사항을 계산하십시오.