Jeg har et spørgsmål om at skifte reguleringsregulator. (Som jeg sagde i mine tidligere spørgsmål, skal du overveje det faktum, at jeg ikke er særlig ekspert, så du er velkommen til at svare / tale som om jeg var studerende.)
Lad os tage en praktisk eksempel på en switch-down-down regulator, baseret på denne IC . (Jeg har set, at det i vid udstrækning er brugt og almindeligt i forskellige kredsløb):
Vi er nødt til at fodre en enhed, der har brug for 12V med et strømforbrug på 200mA. Ok: Vi tager et bukkeomformerkredsløb, og da Vin, for eksempel, vil vi levere en spænding på 30V fra en batteripakke med en samlet kapacitet på 2000mAh, så vil vi indstille Vout på buck-konverteren til 12V. Men hvis vi vil bruge et mindre antal af batterier kan vi også gå med en Vin på 20 eller mindre volt: Jeg har læst, at for lm2596 IC, skulle Vin være mindst større end 1,5V end Vout.
Jeg tænkte : Hvis jeg reducerer 30V (fra en batteripakke) til 12V, kan forskellen på 18V være årsagen til et højere strømforbrug fra batterierne. Har jeg ret? F.eks. Ved jeg, at lineære regulatorer (forskelligt fra at skifte regulatorer) har en dårlig effektivitet fordi noget af strømmen går tabt som varme. Men hvad med at skifte regulator? For nogle dage siden har jeg ved en søgning på Google læst om en person, der havde behov for at få 5V usi ng en Buck-konverter: nogen fortalte ham, at det ville være bedre at få 5V fra en Vin på 18V i stedet for at bruge en Vin på 12V.
Så under hensyntagen til mit eksempel igen: Når du bruger en switch-regulator, er det bedre at starte fra en højere Vin for at opnå en samme Vout? Hvorfor?
Jeg vil også gerne se nogle diagrammer over omskifteregulatorerne.
Svar
TI har et værktøj, der hedder WEBENCH , som kan lave mange diagrammer og beregninger for dig. Her er dens output med dine parametre i pdf .
Lad mig fremhæve den om effektiviteten. Simuleringerne viser, at denne IC har en bedre effektivitet, når Vin er 20V, men denne forskel er ikke så meget.
Det er ikke kun Vin, der betyder noget. Hvis du ændrer den leverede strøm fra 200mA til 3A, vises et andet effektivitetsdiagram. I dette tilfælde er Vin = 30V det bedre valg.
Normalt er der lignende diagrammer i databladene, hvis værktøjer som dette ikke er tilgængelige.
Hvis du kun har brug for 200mA, skal du vælge en konverter, der er i stand til, lad “s siger 300mA maksimal strøm i stedet for 3A, effektiviteten er bedre nær den maksimale strøm. En anden konverter, der kan drive maks 300mA, LMR14203 “s effektivitetsdiagram:
Det er igen det værste ved 30V , men det er omkring 88%, mens det med LM2596 er 79%, hvilket er en signifikant forskel. På 20V er det over 90%, hvilket er ret godt.
Svar
For at opnå maksimal effektivitet er vi nødt til at forstå, hvor tab kan eksistere, og hvilke foranstaltninger der er tilgængelige.
Jeg vil bruge et mere generisk kredsløb, da principperne gælder overalt; nogle kredsløb tilbyder friheden til at ændre nogle parametre for at maksimere effektiviteten i en given applikation, og andre ikke.
For at vise det, her er et kredsløb, der eksponerer strømstien korrekt:
Jeg har fremhævet de primære høje strømstier i rødt; Q1, Q2 / Q3, L1 og D2 og den nuværende følemodstand. Bemærk, at portdrevene kan have betydelig strøm afhængigt af anvendelse.
Tabene i Q1 er primært resistive og kapacitive, i Q2 / Q3 resistive og resistive i induktoren. Der er en nuværende følelsesmodstand i denne ordning, der naturligvis spreder noget magt.
Der er (som altid) afvejninger.
For hovedafbryderen (Q1) er den modstand tab er: \ $ \ frac {Vout} {Vin} (Imax) ^ 2 (1 + δ) R_ds (on) \ $ hvor \ $ \ delta \ $ er temperaturafhængigheden af \ $ R_ds (on) \ $
De kapacitive tab for hovedafbryderen gives af: \ $ k (Vin) ^ 2 (Imax) (Crss) (f) \ $
Så de resistive tab stiger med lavere driftscyklusser, hvilket er rimeligt, da hovedafbryderen er tændt i en længere del af tiden, når Vout og Vin nærmer sig hinanden.
Kontraster dette med det kapacitive udtryk, der er direkte proportionalt med frekvensen. (k er en konstant relateret til det inverse af gate-drevstrøm).
Der er faktisk et crossover-punkt; ved lavere Vin er lavere kontaktmodstand ønskelig, men ved højere indgangsspændinger kan lavere total portladning være at foretrække.
Jeg kan minimere induktorstørrelsen (som minimerer viklinger og derfor DC-modstand) ved at øge omskifterfrekvensen, men dette vil øge de kapacitive tab i Q1.
Tabene i Q2 og Q3 skyldes fuldstændigt \ $ R_ds (on) \ $: specifikt
\ $ P_ (sync) = \ frac {V_in – V_out} {V_in } (I_max) ^ 2 (1+ \ delta) R_ds (on) \ $
Dette viser, at ved lavere driftscyklusser (højere Vin) øges tabene.
Så vi som lavere driftscyklusser (højere Vin) til hovedafbryderen, men vi kan lide lavere Vin (lavere driftscyklus) til den synkrone switch; når det er sagt, er der gjort store fremskridt de seneste år med hensyn til MOSFET på modstand – se for eksempel IRF6718L2 – en meget imponerende \ $ 1m \ Omega \ $ ved 4.5V \ $ V_gs \ $
Bemærk D1 og D2 – disse skal dimensioneres til minimum fremadspænding ved en passende strøm for at minimere andre tab.
Dette er et enormt emne (der ikke nødvendigvis får tilstrækkelig opmærksomhed), men med den rette opmærksomhed kan den optimale effektivitet for en given applikation opnås.
Svar
@BenceKaulics svar om effektivitet er godt, men svarer ikke rigtig det originale spørgsmål, som jeg ser det.
Spørgsmålet, som jeg læste det, får en buck-converter med en ud af 12V @ 200ma forbruger af målenheden, afhænger indgangsstrømmen til regulatoren af indgangsspændingen?
En switchregulator opretholder groft effekt fra input til output, mindre strømforbrug ed af regulatoren og andre tab, udtrykt som effektivitet .
Din målenhed bruger 2,4 watt (12 x 0,2). Derfor vil omskifteregulatoren forbruge lidt mere end 2,4 watt fra sin strømkilde. Hvis indgangen er 30 volt, vil den forbruge lidt mere end 0,08 ampere (2,4 / 30). På den anden side, med 20 volt input, vil det forbruge lidt mere end 0,12 ampere (2,4 / 20). Begge disse tal repræsenterer 2,4 watt.
Hvis du ser på kurverne i det forrige indlæg, vil du se, at der er en lille ændring i effektivitet (måske 78% versus 80%), men denne dværg ved ændringen i strømforbrug på grund af ændring af spændingen, men vedligeholdelse af effekten.