Abwärtswandler Rechner
Entwerfen Sie Buck (Abwärts) DC-DC-Wandler. Berechnen Sie Induktivitäts-, Kondensatorwerte und Bauteil-Nennwerte.
Rechner
Bedienungsanleitung
Dieser Buck-Converter-Rechner hilft Ihnen beim Design von Abwärts-DC-DC-Netzteilen, indem er die wichtigsten Bauteilwerte für Ihre spezifischen Anforderungen berechnet.
- IC auswählen — Oder eigene Eingangs-/Ausgangsspezifikationen eingeben
- Spannung und Strom festlegen — Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Laststrom definieren
- Schaltfrequenz wählen — Höhere Frequenz = kleinere Bauteile, aber mehr Verluste
- Rippel-Anforderungen setzen — 30% Induktor-Rippel und 50mV Ausgangsrippel sind typisch
- Wirkungsgrad anpassen — 85% als Startwert, anpassen nach IC-Datenblatt
- Berechnen klicken — Bauteilwerte und Designempfehlungen erhalten
Buck-Converter-Theorie
Ein Buck-Converter ist ein DC-DC-Schaltregler, der die Spannung herabsetzt und gleichzeitig den Strom erhöht. Er ist effizienter als Linearregler, weil er schaltet, anstatt überschüssige Leistung als Wärme abzugeben.
Grundlegende Funktionsweise
- Schalter EIN: Strom fließt durch die Induktivität, speichert Energie
- Schalter AUS: Induktivität gibt gespeicherte Energie über Diode ab
- Ausgangsfilter: Kondensator glättet die Ausgangsspannung
Wichtige Gleichungen
Lückender vs. Nicht-lückender Betrieb
Dieser Rechner dimensioniert für den kontinuierlichen Stromfluss (CCM), bei dem der Induktorstrom nie Null erreicht. CCM bietet besseren Wirkungsgrad und einfachere Regelung. Das 30% Rippelstrom-Ziel gewährleistet CCM bis ~15% Last.
Bauteilauswahl
Induktorauswahl
| Parameter | Anforderung | Warum |
|---|---|---|
| Induktivität | Berechneter Wert ±20% | Steuert den Rippelstrom |
| Sättigungsstrom | > Spitzenstrom × 1,2 | Verhindert Kernsättigung |
| DC-Widerstand (DCR) | So niedrig wie möglich | Reduziert I²R-Verluste |
| Kernmaterial | Ferrit oder Pulvereisen | Geringe Kernverluste bei Frequenz |
Ausgangskondensator-Auswahl
| Typ | ESR | Geeignet für |
|---|---|---|
| MLCC (Keramik) | Sehr niedrig (<10mΩ) | Hohe Frequenz, niedriger Rippel |
| Polymer | Niedrig (10-50mΩ) | Balance aus Kosten und Leistung |
| Elektrolyt | Höher (50-200mΩ) | Hohe Kapazität, kostensensitiv |
Eingangskondensator
Der Eingangskondensator verarbeitet den hochfrequenten Rippelstrom und muss einen niedrigen ESR haben. Verwenden Sie Keramikkondensatoren nahe am IC. Der Rechner liefert die Mindestkapazität; fügen Sie mehr als Reserve hinzu.
Designtipps
Layout-Best-Practices
- Halten Sie den Schaltknoten klein, um EMV zu reduzieren
- Platzieren Sie den Eingangskondensator nahe an VIN- und GND-Pins
- Verwenden Sie breite Leiterbahnen für Strompfade (Eingang, Ausgang, Masse)
- Halten Sie Feedback-Widerstände vom verrauschten Schaltknoten fern
- Verwenden Sie eine Massefläche auf der Unterseite
Frequenzauswahl
| 100-300 kHz | Größere Induktivität/Kondensatoren, höherer Wirkungsgrad, weniger EMV |
| 300-1000 kHz | Gute Balance aus Größe und Wirkungsgrad |
| >1 MHz | Kleinste Bauteile, erfordert sorgfältiges Layout |
Wirkungsgrad-Überlegungen
- Geringe Last: Wirkungsgrad sinkt durch Schaltverluste
- Hohe Last: I²R-Verluste in Induktor und MOSFETs dominieren
- Hohes Vin/Vout-Verhältnis: Diodenverluste steigen (Synchrongleichrichter erwägen)
- Hohe Frequenz: Schaltverluste steigen
Häufige Fehler vermeiden
- Induktoren mit Sättigungsstrom zu nahe am Spitzenstrom verwenden
- Keramikkondensator-Derating ignorieren (X5R/X7R verlieren Kapazität mit Spannung)
- Schlechtes Layout verursacht übermäßige EMV oder Instabilität
- Wirkungsgrad bei der Dimensionierung des Eingangsstroms nicht berücksichtigen
Häufig gestellte Fragen
Warum unterscheidet sich mein berechneter Induktivitätswert vom Datenblatt?
IC-Datenblätter empfehlen oft spezifische Induktoren, die mit diesem IC getestet wurden. Ihre Werte können sich aufgrund unterschiedlicher Rippelstrom-Annahmen, optimierter Wirkungsgrad-Punkte oder spezifischer Betriebsbedingungen unterscheiden. Verwenden Sie den Datenblattwert als Referenz, aber überprüfen Sie, ob er Ihre Rippel-Anforderungen erfüllt.
Kann ich eine größere Induktivität als berechnet verwenden?
Ja, eine größere Induktivität reduziert den Rippelstrom und verbessert den Wirkungsgrad bei hoher Last. Sie erhöht jedoch Größe, Kosten und kann das Transientverhalten verlangsamen. Sie reduziert auch den Wirkungsgrad bei geringer Last.
Was ist die Mindestlast für CCM-Betrieb?
Mit 30% Rippelstrom wird CCM bis etwa 15% der Nennlast aufrechterhalten. Darunter wechselt der Wandler in DCM (Discontinuous Conduction Mode). Viele moderne ICs handhaben beide Modi automatisch.
Wie kann ich den Ausgangsrippel weiter reduzieren?
Fügen Sie mehr Ausgangskapazität hinzu (besonders niedrig-ESR-Keramik), verwenden Sie einen LC-Nachfilter oder erhöhen Sie die Schaltfrequenz. Beachten Sie, dass der Keramikkondensator-ESR den Rippel bei hohen Frequenzen dominiert.
Sollte ich synchrone oder asynchrone Gleichrichtung verwenden?
Synchron (MOSFET statt Diode) ist effizienter, besonders bei hohen Ausgangsströmen und niedriger Vout. Asynchron (Diode) ist einfacher und günstiger, geeignet für leichte Lasten oder kostensensitive Designs.
Überprüfen Sie Ihre Bauteilauswahl
Nachdem Sie Ihre Bauteilwerte berechnet haben, verwenden Sie Schemalyzer zur Überprüfung Ihres Schaltplandesigns. Unsere KI-gestützte Analyse erkennt häufige Fehler und schlägt Verbesserungen vor.
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