Ich habe eine Frage zum Schalten von Abwärtsreglern. (Wie ich in meinen vorherigen Fragen festgestellt habe, bedenken Sie bitte die Tatsache, dass ich nicht sehr erfahren bin. Sie können also gerne antworten / sprechen, als wäre ich ein Student.)
Nehmen wir ein Praktikum Beispiel eines Schalt-Abwärtsreglers basierend auf diesem IC . (Ich habe gesehen, dass dies in verschiedenen Schaltkreisen weitgehend verwendet und üblich ist):
Wir müssen ein Gerät speisen, das 12 V mit einem Stromverbrauch von 200 mA benötigt. Ok: Wir nehmen eine Abwärtswandlerschaltung, und als Vin werden wir zum Beispiel eine Spannung von 30 V von einem Batteriepack mit einer Gesamtkapazität von 2000 mAh bereitstellen, dann werden wir den Vout des Abwärtswandlers auf 12 V einstellen. Aber wenn wir eine geringere Anzahl verwenden wollen von Batterien können wir auch mit einem Vin von 20 oder weniger Volt fahren: Ich habe gelesen, dass für den lm2596 IC der Vin mindestens 1,5 V größer sein sollte als der Vout.
Ich dachte : Wenn ich 30 V (von einem Akkupack) auf 12 V reduziere, könnte der Unterschied von 18 V auf einen höheren Stromverbrauch der Batterien zurückzuführen sein. Habe ich Recht? ZB weiß ich, dass Linearregler (anders als Schaltregler) einen schlechten Wirkungsgrad haben weil ein Teil der Energie als Wärme verloren geht. Aber was ist mit dem Schalten von Reglern? Vor einigen Tagen habe ich durch eine Suche bei Google von einer Person gelesen, die die Notwendigkeit hatte, 5V usi zu erhalten ng ein Buck-Wandler: Jemand sagte ihm, dass es besser wäre, die 5 V von einem Vin von 18 V zu erhalten, anstatt einen Vin von 12 V zu verwenden.
Betrachten wir also noch einmal mein Beispiel: Wenn Sie einen Schaltregler verwenden, ist es besser, von einem höheren Vin auszugehen, um den gleichen Vout zu erhalten? Warum?
Ich möchte auch einige Diagramme der Schaltregler sehen.
Antwort
TI hat ein Tool namens WEBENCH , mit dem Sie viele Diagramme und Berechnungen erstellen können. Hier ist die Ausgabe mit Ihren Parametern in pdf .
Lassen Sie mich die über die Effizienz hervorheben. Die Simulationen zeigen, dass dieser IC eine bessere Effizienz hat, wenn Vin 20 V beträgt, aber dieser Unterschied ist nicht so groß.
Es kommt nicht nur auf den Vin an. Wenn Sie den zugeführten Strom von 200 mA auf 3 mA ändern, wird ein anderes Effizienzdiagramm angezeigt. In diesem Fall ist Vin = 30 V die bessere Wahl.
Normalerweise gibt es ähnliche Diagramme in den Datenblättern, wenn solche Tools nicht verfügbar sind.
Wenn Sie nur 200 mA benötigen, sollten Sie einen Konverter wählen, der in der Lage ist, lassen Sie uns Wenn Sie sagen, dass der maximale Strom 300 mA und nicht 3A beträgt, ist der Wirkungsgrad in der Nähe des maximalen Stroms besser. Ein anderer Wandler, der maximal 300 mA ansteuern kann, LMR14203 , Wirkungsgraddiagramm:
Bei 30 V ist es wieder das Schlimmste , aber es sind ungefähr 88%, während es beim LM2596 79% sind, was einen signifikanten Unterschied darstellt. Bei 20 V liegt sie über 90%, was ziemlich gut ist.
Antwort
Um maximale Effizienz zu erzielen, müssen wir verstehen, wo Verluste auftreten existieren können und welche Maßnahmen zur Verfügung stehen.
Ich werde eine allgemeinere Schaltung verwenden, da die Prinzipien überall gelten. Einige Schaltungen bieten die Freiheit, einige Parameter zu ändern, um die Effizienz in einer bestimmten Anwendung zu maximieren, andere nicht.
Um dies zu zeigen, ist hier eine Schaltung, die den Strompfad richtig freigibt:
Ich habe die primären Hochstrompfade rot hervorgehoben. Q1, Q2 / Q3, L1 und D2 und der Stromerfassungswiderstand. Es ist zu beachten, dass die Gate-Antriebe abhängig von der Anwendung einen signifikanten Strom haben können.
Die Verluste in Q1 sind hauptsächlich resistiv und kapazitiv, in Q2 / Q3 resistiv und resistiv in der Induktivität. In diesem Schema gibt es einen Stromerfassungswiderstand, der offensichtlich etwas Leistung verbraucht.
Es gibt (wie immer) Kompromisse.
Für den Hauptschalter (Q1) ist der Widerstand Verluste sind: \ $ \ frac {Vout} {Vin} (Imax) ^ 2 (1 + δ) R_ds (on) \ $ wobei \ $ \ delta \ $ die Temperaturabhängigkeit von \ $ R_ds (on) \ $
Die kapazitiven Verluste für den Hauptschalter sind gegeben durch: \ $ k (Vin) ^ 2 (Imax) (Crss) (f) \ $
Die Widerstandsverluste nehmen also mit geringerem Wert zu Arbeitszyklen, die angemessen sind, da der Hauptschalter für einen längeren Teil der Zeit eingeschaltet ist, wenn sich Vout und Vin nähern.
Vergleichen Sie dies mit dem kapazitiven Term, der direkt proportional zur Frequenz ist. (k ist eine Konstante, die sich auf die Inverse des Gate-Ansteuerungsstroms bezieht).
Es gibt tatsächlich einen Überkreuzungspunkt; bei niedrigerem Vin ist ein niedrigerer Schaltwiderstand wünschenswert, aber bei höheren Eingangsspannungen kann eine niedrigere Gesamtgatterladung vorzuziehen sein.
Ich kann die Induktorgröße (die Wicklungen und damit den Gleichstromwiderstand minimiert) durch Erhöhen der Schaltfrequenz minimieren, dies erhöht jedoch die kapazitiven Verluste in Q1.
Die Verluste in Q2 und Q3 sind vollständig auf \ $ R_ds (on) \ $ zurückzuführen: speziell
\ $ P_ (sync) = \ frac {V_in – V_out} {V_in } (I_max) ^ 2 (1+ \ delta) R_ds (on) \ $
Dies zeigt, dass bei niedrigeren Arbeitszyklen (höherem Vin) die Verluste zunehmen.
Also wir wie niedrigere Arbeitszyklen (höherer Vin) für den Hauptschalter, aber wir mögen niedrigere Vin (niedrigerer Arbeitszyklus) für den Synchronschalter; Allerdings wurden in den letzten Jahren große Fortschritte in Bezug auf den MOSFET beim Widerstand erzielt – siehe zum Beispiel den IRF6718L2 – ein sehr beeindruckendes \ $ 1m \ Omega \ $ at 4.5V \ $ V_gs \ $
Hinweis D1 und D2 – Diese sollten für eine minimale Durchlassspannung bei einem geeigneten Strom ausgelegt sein, um andere Verluste zu minimieren.
Dies ist ein enormes Thema (das bekommt nicht unbedingt genug Aufmerksamkeit), aber mit der richtigen Aufmerksamkeit kann die optimale Effizienz für eine bestimmte Anwendung erreicht werden.
Antwort
@BenceKaulics Antwort auf Effizienz ist gut, beantwortet aber die ursprüngliche Frage, wie ich sie sehe, nicht wirklich.
Die Frage, wie ich sie lese, erhält einen Buck-Konverter mit einem Out von 12 V bei 200 mA Verbraucher durch das Zielgerät, hängt der Eingangsstrom zum Regler von der Eingangsspannung ab?
Ein Schaltregler behält ungefähr die Leistung von Eingang zu Ausgang, weniger Strombedarf vom Regler und anderen Verlusten, ausgedrückt als Wirkungsgrad .
Ihr Zielgerät verbraucht 2,4 Watt (12 x 0,2). Daher verbraucht der Schaltregler von seiner Stromquelle etwas mehr als 2,4 Watt. Wenn der Eingang 30 Volt beträgt, verbraucht er etwas mehr als 0,08 Ampere (2,4 / 30). Bei einem Eingang von 20 Volt verbraucht es dagegen etwas mehr als 0,12 Ampere (2,4 / 20). Diese beiden Zahlen repräsentieren 2,4 Watt.
Wenn Sie sich die Kurven im vorherigen Beitrag ansehen, werden Sie feststellen, dass sich die Effizienz geringfügig ändert (vielleicht 78% gegenüber 80%), aber dies ist in den Schatten gestellt durch die Änderung der Stromaufnahme aufgrund der Änderung der Spannung unter Beibehaltung der Leistung.