Чому для менших навантажень потрібні великі індуктори в регуляторах долара?

У примітці про застосування MC34063 наведено рівняння для обчислення мінімального розміру індуктора наступним чином:

Але це означає, що в міру зменшення I _pk (перемикача) (наприклад, максимальний струм вимикача) мінімальний розмір індуктора збільшується. Це підкріплюється такими інтерактивними калькуляторами, як цей , який демонструє той же ефект.

Чому це так, і чи означає це, що регулятор буде працювати так, як було розроблено, якщо працює на піковому навантаженні, і мені, таким чином, потрібно збільшити розмір індуктора, якщо я хочу переносити менші навантаження?

Більш теоретичне пояснення:

Струм через індуктор SMPS - це як трикутник. Середній струм цього трикутника дорівнює вашому навантаженню. Значення пік-пік визначається різними вхідними та вихідними напругами, частотою комутації, робочим циклом та індуктором.

На першому малюнку зображений перетворювач долара. Другий показує форми хвилі перетворювача долара. Він показує вимикач S, напругу на індукторі та струм через індуктор. Коли вимикач закритий, напруга на індукторі є Vin-Vout. Коли перемикач відкритий, напруга на індукторі становить -Важ. Діод передбачається в цьому ідеалі і для цього має нульовий перепад напруги. Перетворювач долара має правило, що Vin> Vout, тому у вас є позитивна напруга «зарядка» індуктора, а негативна напруга «розрядка» індуктора. Швидкість зміни струму залежить від цієї напруги та індуктивності. Якщо ви хочете отримати стабільний вихід, упрамп повинен бути таким же "високим", як і нижній. Інакше ви отримуєте падіння або зростання середнього показника. Існує рівновага. У математиці це зводиться до цього:

Перший член формули описує управління, а другий термін описує низхідну. Як ви бачите, частота перемикання та робочий цикл були спрощені до t_on та t_off. Робочий цикл залежить лише від співвідношення між вихідною напругою та вхідною напругою. Робочий цикл не змінюватиметься при різному навантаженні.

Рівень підйому і швидкості зменшення затримки змінюватиметься лише в разі зміни вхідних / вихідних напруг, значення індуктора або частоти комутації. Збільшення частоти комутації призведе до зниження вгору та зменшення частоти перемикання, але не завжди можливо збільшити частоту комутації (можливо, ви вже працюєте на максимумі). Вхідні / вихідні напруги повинні залишатися постійними, це програма, з якою ви маєте справу. Якщо збільшити індуктор, то зміна струму через індуктор зменшиться. Це єдиний доступний інструмент.

Чому це проблема? Ну, у формах хвиль я показав, що перетворювач працює нормально. Мінімальний струм через індуктор не досягає нуля. Що станеться, якщо середній струм впаде настільки, що індуктор дійсно досягне нуля?

Конвертору потрібно було б вдатися до переривчастого режиму. Не всі перетворювачі можуть це зробити. Для цього іноді потрібен перетворювач для пропуску циклів. Якщо перетворювач відкриває комутатор протягом мінімальної кількості часу, передається певна кількість енергії. Це зберігається в конденсаторі, але не споживається досить швидко. Це вплине на вихідну напругу, що зробить перетворювач нестабільним. Якщо ви пропускаєте цикли, перетворювач в основному чекає, поки вихідна напруга впаде досить далеко, перш ніж вимагатиме іншого циклу.

Індуктор більш високого значення означатиме, що мінімальний струм наблизиться до вашого середнього струму, можливо, уникнувши припинення роботи. Це також означає, чому ви обчислюєте мінімальний індуктор через таблиці. Ви завжди можете використовувати більший індуктор, але менший може спричинити проблеми при малому навантаженні. Однак якщо SMPS також призначений для забезпечення високої потужності в ситуаціях, індуктор може бути занадто об'ємним і дорогим ..

Перетворювач, здатний перейти в переривчастий режим, з цим вкрай без проблем, і вам не доведеться проходити це. MC34063 - це досить старий і загальний чіп, тому він трохи складніший.

Якщо ви не можете помістити більший індуктор .. додайте мінімальне навантаження самостійно.

Подумайте про зворотне. Більший індуктор накопичує струм повільніше, коли однакова напруга подається на нього. Тому, якщо вам потрібно багато струму, вам доведеться скористатися меншим індуктором, щоб швидше нарощувати струм, або залишити вимикач довше, щоб накопичити більше струму.

Для меншого вихідного струму вам не потрібно обов’язково більший індуктор. Однак існує обмеження того, наскільки коротко доцільно тримати вимикач, тому в індукторі кожен цикл вимикання є деякий мінімальний накопичувальний струм. Цей мінімальний струм викликає деяке підвищення напруги на виході, коли його скидають туди. Таким чином, джерела живлення комутації, розраховані на високий струм, матимуть більшу напругу вихідного пульсатора, ніж напруги з максимальною напругою, при цьому всі інші рівні.

Якщо пульсація на виході не викликає особливих проблем, ви можете скористатися переривчастим режимом із схемою контролю імпульсу на контролі попиту та отримати мінімальний середній струм, який вам потрібно. Більшість мікросхем SMPS розроблені для безперервного режиму, оскільки вони використовують високу частоту для зменшення розміру фізичного індуктора. Вони не збираються вступати у всі конструктивні компроміси і зроблять певне припущення щодо того, якими ви хочете бути вихідними характеристиками. Зазвичай це низька пульсація та швидка минуща реакція. З огляду на ці міркування, існує деякий обмежений діапазон струму, де характеристики будуть "хорошими". Вибираючи параметри, достатньо для найвищого поточного випадку, ви даєте собі хороші показники до нижчих поточних рівнів.

Легкі навантаження потребують більшої індуктивності для перебування в режимі безперервної провідності (СКМ).

Визначення рівняння примітки до додатка дає індуктивність Lmin, яка ставить перетворювач на межу між CCM та режимом переривчастої провідності (DCM). Якщо ви використовуєте в цьому розрахунку максимальний струм навантаження, отриманий перетворювач потрапить у DCM при чому меншому навантаженні, де його динаміка зміниться . (Регулювання постійного струму залишатиметься хорошим.) Натомість розрахунок індуктивності базуйте на очікуваному мінімальному навантаженні, тому перетворювач залишається в СКМ протягом діапазону навантаження.

Я в подібному човні, як і ви з цією фішкою. З того, що я розумію (і повторюю те, що було сказано вище), ви хочете встановити середній струм таким, щоб ваш пік-пік струму пульсації через індуктор завжди був вище 0 ампер. Якщо ви подивитеся на графік із середнім струмом, напругою та станом комутатора, ви хочете переконатися, що i_min ніколи не може досягти 0. Для цього зменшіться поточна пульсація, і це також дозволить вашому середньому струму також знизитися .... наближається до 0 .