Kérdésem lenne a fokozatmentes szabályozók kapcsolásáról. (Amint azt korábbi kérdéseimben elmondtam, kérjük, vegye figyelembe azt a tényt, hogy nem vagyok túl szakértő, ezért válaszoljon / beszéljen úgy, mintha hallgató lennék.)
Vegyünk egy gyakorlati gyakorlatot példa egy kapcsolási fokozatú szabályozóra, ennek alapján az IC . (Láttam, hogy ezt többnyire használják és elterjedtek a különböző áramkörökben):
Olyan eszközt kell táplálnunk, amelynek 12 V-ra van szüksége, 200 mA-es fogyasztással. Ok: Buck konverter áramkört veszünk fel, és mivel Vin például 30 V feszültséget biztosítunk egy 2000mAh teljes kapacitású akkumulátorból, akkor a Buck konverter Vout-ját 12V-ra állítjuk. De ha kevesebb számot akarunk használni az akkumulátorokból 20 vagy kevesebb voltos Vin-t is használhatunk: olvastam, hogy az lm2596 IC esetében a Vin legalább 1,5 V-nak kell lennie, mint a Vout.
Arra gondoltam : Ha 30 V-ot (elemcsomagból) 12 V-ra csökkentek, akkor a 18 V-os különbség oka lehet az elemek nagyobb energiafogyasztása? Igazam van? Pl. Tudom, hogy a lineáris szabályozóknak (a kapcsolószabályozóktól eltérően) rossz a hatásfoka mert az áram egy része hőveszteségként elvész. De mi van a szabályozó kapcsolásával? Néhány nappal ezelőtt a Google-on végzett kereséssel olvastam egy olyan személyt, akinek szüksége volt 5 V usi beszerzésére n egy Buck konverter: valaki azt mondta neki, hogy jobb lenne az 5 V-ot 18 V-os Vin-ről beszerezni, ahelyett, hogy 12 V-t használna.
Tehát, ismét figyelembe véve a példámat: kapcsolószabályozó használata esetén jobb, ha magasabb Vin-ről indul ki, ugyanazon Vout megszerzéséhez? Miért?
A kapcsolószabályozók diagramjait is szeretném látni.
Válasz
A TI-nek van egy WEBENCH nevű eszköze, amely sok diagramot és számítást készíthet az Ön számára. Itt van a kimenete a paramétereivel a pdf fájlban.
Hadd emeljem ki a hatékonyságról szólót. A szimulációk azt mutatják, hogy ennek az IC-nek jobb a hatékonysága, amikor Vin 20 V, de ez a különbség nem olyan nagy.
Nem csak a Vin a lényeg, ha a mellékelt áramot 200mA-ról 3A-ra változtatja, akkor egy másik hatékonysági diagram jelenik meg. Ebben az esetben a Vin = 30V a jobb választás.
Általában hasonló táblázatok vannak az adatlapokon, ha az ehhez hasonló eszközök nem állnak rendelkezésre.
Ha csak 200 mA-re van szüksége, akkor válasszon olyan konvertert, amely képes erre, mondjuk 3A helyett 300mA maximális áram, a hatékonyság jobb, mint a maximális áram. Egy másik konverter, amely max 300mA-t képes vezetni, LMR14203 “hatékonysági táblázata:
Ez ismét a legrosszabb a 30 V-nál , de 88% körüli, míg az LM2596-nál 79%, ami jelentős különbség. 20 V-on 90% felett van, ami nagyon jó.
Válasz
A maximális hatékonyság elérése érdekében meg kell értenünk, hogy hol vannak veszteségek létezhetnek, és milyen intézkedések állnak rendelkezésre.
Egy általánosabb áramkört fogok használni, mivel az elvek mindenhol érvényesek; egyes áramkörök megadják a szabadságot egyes paraméterek megváltoztatására az adott alkalmazás hatékonyságának maximalizálása érdekében, mások pedig nem.
Ennek bemutatásához íme egy áramkör, amely megfelelően kiteszi az energiautat:
Pirosan kiemeltem az elsődleges nagy áramú útvonalakat; Q1, Q2 / Q3, L1 és D2 és az áramérzékelő ellenállás. Ne feledje, hogy a kapuhajtásoknak az alkalmazástól függően jelentős áramuk lehet.
A Q1 veszteségei elsősorban rezisztívek és kapacitívek, Q2 / Q3 veszteségek rezisztívek és rezisztívek az induktorban. Ebben a sémában van egy érzékelő ellenállás, amely nyilvánvalóan eloszlat némi energiát.
Vannak (mint mindig) kompromisszumok.
A főkapcsoló (Q1) esetében az ellenálló veszteségek: \ $ \ frac {Vout} {Vin} (Imax) ^ 2 (1 + δ) R_ds (be) \ $ ahol \ $ \ delta \ $ a \ $ R_ds (be) \ $
A főkapcsoló kapacitív veszteségeit a következő adja meg: \ $ k (Vin) ^ 2 (Imax) (Crss) (f) \ $
Tehát az ellenállási veszteségek alacsonyabbal nőnek az üzemi ciklusok, amelyek ésszerűek, mivel a főkapcsoló hosszabb ideig be van kapcsolva, miközben Vout és Vin közelednek egymáshoz.
Hasonlítsd össze ezt a kapacitív kifejezéssel, amely egyenesen arányos a frekvenciával. (k a kapu meghajtó áramának inverzével összefüggő állandó).
Valójában van egy keresztező pont; alacsonyabb Vin esetén kisebb a kapcsoló ellenállása kívánatos, de nagyobb bemeneti feszültség esetén alacsonyabb a teljes kaputöltés előnyös lehet.
A kapcsolási frekvencia növelésével minimalizálhatom az induktor méretét (ami minimalizálja a tekercseléseket és ezáltal az egyenáramú ellenállást), de ez növeli a Q1 kapacitív veszteségeit.
A Q2 és Q3 veszteségek teljes egészében a \ $ R_ds (on) \ $ következményei: konkrétan
\ $ P_ (sync) = \ frac {V_in – V_out} {V_in } (I_max) ^ 2 (1+ \ delta) R_ds (be) \ $
Ez azt mutatja, hogy alacsonyabb üzemi ciklusoknál (magasabb Vin) a veszteségek nőnek.
Tehát mint a főkapcsoló alacsonyabb terhelési ciklusai (magasabb Vin), de a szinkron kapcsolóhoz az alacsonyabb Vin (alacsonyabb működési ciklus); ennek ellenére az elmúlt években hatalmas előrelépések történtek az ellenállás MOSFET-jével kapcsolatban – lásd például az IRF6718L2 – ez egy nagyon lenyűgöző \ $ 1m \ Omega \ $ 4.5V \ $ V_gs \ $
Megjegyzés: D1 és D2 – ezeket a minimális előremenő feszültségre kell méretezni megfelelő áram mellett, hogy minimalizálják az egyéb veszteségeket.
Ez egy hatalmas téma (ez nem feltétlenül kap elég figyelmet), de a megfelelő odafigyeléssel az adott alkalmazás optimális hatékonysága érhető el.
Válasz
@BenceKaulics a hatékonyságról jó válasz, de nem igazán válaszol az eredeti kérdésre, ahogy látom.
A kérdés, ahogy elolvastam, kap egy buck-konvertert, amelynek out értéke 12V @ 200ma fogyasztó a céleszköz által, a szabályozó bemeneti árama függ-e a bemeneti feszültségtől?
Egy kapcsolószabályozó nagyjából fenntartja az teljesítményt bemenetről kimenetre, kevesebb energiaigény a szabályozó által szerkesztett egyéb veszteségek, hatékonyság kifejezéssel kifejezve.
A céleszköz 2,4 wattot fogyaszt (12 x 0,2). Ezért a kapcsolószabályozó valamivel több, mint 2,4 wattot fogyaszt az áramforrásból. Ha a bemenet 30 volt, akkor valamivel meghaladja a 0,08 ampert (2,4 / 30). Másrészt 20 voltos bemenettel valamivel többet fogyaszt, mint 0,12 amper (2,4 / 20). Mindkét szám 2,4 wattot képvisel.
Ha megnézzük az előző hozzászólás görbéit, akkor látni fogja, hogy a hatékonyságban kismértékű változás következik be (talán 78% és 80%), de ez eltörpült az áramfelvétel változásával a feszültség megváltoztatása, de a teljesítmény fenntartása miatt.