降圧コンバータのインダクタンス値の最大制限

次の式を使用して、バックコンバータに必要な最小インダクタを見つけました-

通常、計算された最小インダクタンス値に40％のバッファを使用し（定格電流でのインダクタンスが大きく変動せず、リップルが制御されるようにするため）、インダクタを選択します。

インダクタ値を小さくするとリップルが大きくなり、過渡応答が良くなると思います。インダクタ値を大きくすると、リップルが少なくなり、出力コンデンサへの圧力が低くなります。

降圧コンバータのインダクタ値に上限はありますか？

私の要件は次のとおりです。

• $V_{in}$ = 10.8〜13.2V、標準= 12V
• $V_{out}$ = 0.9V
• $I_{out}$ = 15A
• リップル= 30％
• $V_{out}$ リップル= 2.5％
• 起こり得る過渡現象は、最大10A / 2usで発生する可能性があります。

TI / National InstrumentsのWEBENCHでインダクタの最大値が指定されているのを見たことがありますが、それらがどのように計算されたかはわかりません。

インダクターの値を増やすと、遅かれ早かれ回路が連続導通モード（CCM）に変わり、インダクターを流れる一定のDC電流があり、このベースDC電流にリップル電流（三角波）が重ね合わされます。

これは、このモードのインダクタの電流がゼロになることはないことを意味します。インダクタに蓄積されたエネルギーは確かに$\dfrac{LI^2}{2}$ただし、このエネルギーの一部のみがサイクルで消費者に転送されます。 ${\dfrac{LI_{max}^2}{2}} - {\dfrac{LI_{min}^2}{2}} = \dfrac{L(I_{max}^2-I_{min}^2)}{2}$、残りはインダクターにとどまります（多かれ少なかれ永久に）。消費者が使用するエネルギーの量は、インダクターの蓄積を介して転送されるエネルギーと、インダクターを流れるDC電流によって常に転送されるエネルギーの合計になります。

最大可能なリップル電流の量は、インダクタンス値、スイッチング周波数、ON-OFFデューティ比（多かれ少なかれ出力と入力電圧の比に等しい）、およびインダクターに接続された電圧（入力電圧ONフェーズの出力電圧、およびOFFフェーズの出力電圧）。インダクタンス値を大きくすると、可能な最大リップル電流が減少します。必要な出力電流が可能な最大リップル電流の半分を超えるとすぐに、動作はCCMになります。

インダクタンスを大きくすることにはどのような欠点がありますか？

• 巻数が多いほど、インダクタのDC抵抗が高くなるため、銅損が大きくなるか、これを補償するためにワイヤの太さ/素線の数を増やす必要があり、インダクタのサイズとコストが増加します。

• インダクタンスが大きいと、フィードバック制御ループが遅くなり、電源が急速に変化する負荷に適応する柔軟性が低くなります。これはおそらく、単位ステップの負荷の変化に応じて、より大きなオーバーシュートとして表示されます。

• 非同期バックコンバーターを使用すると、オフ状態では自走ダイオードが導通します。DCMでは、インダクターに蓄積されたエネルギーが完全に除去される限り、ダイオードは導通しています。CCMでは、インダクタ電流がゼロになることはないため、ダイオードはオフ相全体で導通しています。これは、自走ダイオードの損失が大きくなることを意味します。これは、R _dsonが低いFETを使用することでFETの損失を減らすことができるため、特に問題になる可能性がありますが、ダイオードで同じことを行うことはできません。出力と入力の電圧比が小さいほど、この問題は深刻になります。