Jai une question sur la commutation des régulateurs abaisseur. (Comme je lai dit dans mes questions précédentes, veuillez considérer le fait que je ne suis pas très expert, alors nhésitez pas à répondre / parler comme si jétais un étudiant.)
Prenons un examen pratique exemple de régulateur abaisseur de commutation, basé sur ce IC . (Jai vu que cest largement utilisé et commun dans divers circuits):
Nous devons alimenter un appareil qui a besoin de 12V avec une consommation électrique de 200mA. Ok: Nous allons prendre un circuit convertisseur abaisseur, et en tant que Vin, nous fournirons, par exemple, une tension de 30V à partir dun pack de batteries dune capacité totale de 2000mAh, alors nous réglerons le Vout du convertisseur abaisseur à 12V. Mais si nous voulons utiliser un nombre inférieur de batteries, on peut aussi aller avec un Vin de 20 volts ou moins: jai lu que pour le lm2596 IC, le Vin, devrait être au moins supérieur de 1,5V au Vout.
Je pensais : Si je réduis 30V (dun pack de batteries) à 12V, la différence de 18V pourrait être la raison dune consommation dénergie plus élevée des batteries? Ai-je raison? Par exemple, je sais que les régulateurs linéaires (différemment des régulateurs à commutation) ont un mauvais rendement parce quune partie de lénergie sera perdue sous forme de chaleur. Mais quen est-il des régulateurs de commutation? Il y a quelques jours, par une recherche sur Google, jai lu quune personne avait besoin de 5V usi ng un convertisseur Buck: quelquun lui a dit quil valait mieux obtenir le 5V dun Vin de 18V au lieu dutiliser un Vin de 12V.
Donc, en prenant à nouveau en considération mon exemple: lors de lutilisation dun régulateur de commutation, vaut-il mieux partir dun Vin plus élevé, pour obtenir un même Vout? Pourquoi?
Jaimerais aussi voir quelques graphiques des régulateurs de commutation.
Réponse
TI a un outil, nommé WEBENCH qui peut faire beaucoup de graphiques et de calculs pour vous. Voici sa sortie avec vos paramètres en pdf .
Permettez-moi de souligner celui sur lefficacité. Les simulations montrent que ce circuit intégré a une meilleure efficacité lorsque Vin est de 20 V, mais cette différence nest pas si grande.
Ce nest pas seulement le Vin qui compte, si vous changez le courant fourni de 200mA à 3A, un graphique defficacité différent sera affiché. Dans ce cas, Vin = 30V est le meilleur choix.
Habituellement, il y a des graphiques similaires dans les fiches techniques si des outils comme celui-ci ne sont pas disponibles.
Si vous navez besoin que de 200 mA, vous devez choisir un convertisseur capable de, laissez « s disons un courant maximal de 300 mA plutôt que 3 A, le rendement est meilleur près du courant maximal. Un autre convertisseur, qui peut conduire au maximum 300 mA, LMR14203 « tableau d’efficacité:
Cest encore le pire à 30V , mais il est denviron 88% alors quavec le LM2596, il est de 79%, ce qui est une différence significative. Sur 20V, il est supérieur à 90%, ce qui est plutôt bien.
Réponse
Pour atteindre une efficacité maximale, nous devons comprendre où les pertes peuvent exister, et quelles mesures sont disponibles.
Je vais utiliser un circuit plus générique car les principes sappliquent partout; certains circuits offrent la liberté de modifier certains paramètres pour maximiser lefficacité dans une application donnée et dautres non.
Pour le montrer, voici un circuit qui expose correctement le chemin de puissance:
Jai mis en évidence les chemins principaux à courant fort en rouge; Q1, Q2 / Q3, L1 et D2 et la résistance de détection de courant. Notez que les commandes de grille peuvent avoir un courant important selon lapplication.
Les pertes en Q1 sont principalement résistives et capacitives, en Q2 / Q3 résistives et résistives dans linductance. Il y a une résistance de détection de courant dans ce schéma qui dissipe une certaine puissance, évidemment.
Il y a (comme toujours) des compromis.
Pour linterrupteur principal (Q1), le résistif les pertes sont: \ $ \ frac {Vout} {Vin} (Imax) ^ 2 (1 + δ) R_ds (on) \ $ où \ $ \ delta \ $ est la dépendance de température de \ $ R_ds (on) \ $
Les pertes capacitives pour linterrupteur principal sont données par: \ $ k (Vin) ^ 2 (Imax) (Crss) (f) \ $
Donc, les pertes résistives augmentent avec la baisse les cycles de service qui sont raisonnables car linterrupteur principal est allumé pendant une plus longue proportion du temps lorsque Vout et Vin sapprochent lun de lautre.
Comparez cela au terme capacitif qui est directement proportionnel à la fréquence. (k est une constante liée à linverse du courant de commande de porte).
Il y a en fait un point de croisement; à un Vin inférieur, une résistance de commutation plus faible est souhaitable, mais à des tensions dentrée plus élevées, une charge de grille totale inférieure peut être préférable.
Je peux minimiser la taille de linductance (ce qui minimise les enroulements et donc la résistance CC) en augmentant la fréquence de commutation, mais cela augmentera les pertes capacitives en Q1.
Les pertes en Q2 et Q3 sont entièrement dues à \ $ R_ds (on) \ $: spécifiquement
\ $ P_ (sync) = \ frac {V_in – V_out} {V_in } (I_max) ^ 2 (1+ \ delta) R_ds (on) \ $
Cela montre quà des cycles de service inférieurs (Vin plus élevé), les pertes augmentent.
Donc nous comme des cycles de service inférieurs (Vin plus élevé) pour linterrupteur principal, mais nous aimons un Vin inférieur (cycle de service inférieur) pour linterrupteur synchrone; Cela dit, de vastes progrès ont été réalisés ces dernières années en termes de MOSFET sur la résistance – voir par exemple, lIRF6718L2 – un très impressionnant \ $ 1m \ Omega \ $ à 4,5V \ $ V_gs \ $
Remarque D1 et D2 – ceux-ci doivent être dimensionnés pour une tension directe minimale à un courant approprié afin de minimiser les autres pertes.
Cest un sujet énorme (cela nattire pas forcément suffisamment dattention), mais avec lattention appropriée, lefficacité optimale pour une application donnée peut être atteinte.
Réponse
La réponse de @BenceKaulics sur lefficacité est bonne mais ne répond pas vraiment à la question initiale, telle que je la vois.
La question, telle que je la lis, reçoit un convertisseur buck avec un sur Consommateur 12V @ 200ma par lappareil cible, le courant dentrée du régulateur dépend-il de la tension dentrée?
Un régulateur à découpage maintient approximativement puissance de lentrée à la sortie, moins de puissance requise par le régulateur et autres pertes, exprimées en efficacité .
Votre appareil cible consomme 2,4 watts (12 x 0,2). Par conséquent, le régulateur à découpage consommera de sa source dalimentation un peu plus de 2,4 watts. Si lentrée est de 30 volts, elle consommera un peu plus de 0,08 ampère (2,4 / 30). Par contre, avec une entrée de 20 volts, il consommera un peu plus de 0,12 ampères (2,4 / 20). Ces deux chiffres représentent 2,4 watts.
Si vous regardez les courbes dans la publication précédente, vous verrez quil y a un petit changement defficacité (peut-être 78% contre 80%) mais cest minuscule par le changement de consommation de courant dû au changement de tension mais au maintien de la puissance.