Jeg har et spørsmål om å bytte nedreguleringsregulatorer. (Som jeg sa i mine tidligere spørsmål, vær så snill å tenke på at jeg ikke er veldig ekspert, så svar / snakk gjerne som om jeg var student.)
La oss ta en praktisk eksempel på en bytter nedtrappingsregulator, basert på denne IC . (Jeg har sett at det i stor grad er brukt og vanlig i forskjellige kretsløp):
Vi trenger å mate en enhet som trenger 12V med et strømforbruk på 200mA. Ok: Vi tar en krets med omformerkrets, og da Vin vil vi for eksempel gi en spenning på 30V fra en batteripakke med en total kapasitet på 2000mAh, så vil vi sette Vout av bukkomformeren til 12V. Men hvis vi vil bruke et mindre antall med batterier kan vi også gå med en Vin på 20 eller mindre volt: Jeg har lest at for lm2596 IC, Vin, burde være minst større enn 1,5V enn Vout.
Jeg tenkte : Hvis jeg reduserer 30V (fra en batteripakke) til 12V, kan forskjellen på 18V være årsaken til et høyere strømforbruk fra batteriene? Har jeg rett? F.eks. Vet jeg at lineære regulatorer (ulikt å bytte regulatorer) har dårlig effektivitet fordi noe av kraften vil gå tapt som varme. Men hva med å bytte regulator? For noen dager siden, ved et søk på Google, har jeg lest om en person som hadde behov for å få 5V usi ng en Buck-omformer: noen fortalte ham at det ville være bedre å få 5V fra en Vin på 18V i stedet for å bruke en Vin på 12V.
Så når jeg tar igjen mitt eksempel: Når du bruker en bryterregulator, er det bedre å starte fra et høyere Vin, for å få samme Vout? Hvorfor?
Jeg vil også gjerne se noen diagrammer over bryterregulatorene.
Svar
TI har et verktøy, kalt WEBENCH , som kan lage mange diagrammer og beregninger for deg. Her er dens utdata med parametrene dine i pdf .
La meg markere den om effektiviteten. Simuleringene viser at denne IC har bedre effektivitet når Vin er 20V, men denne forskjellen er ikke så mye.
Det er ikke bare Vin som betyr noe. Hvis du endrer den leverte strømmen fra 200mA til 3A, vises et annet effektivitetsdiagram. I dette tilfellet er Vin = 30V det bedre valget.
Vanligvis er det lignende diagrammer i databladene hvis verktøy som dette ikke er tilgjengelige.
Hvis du bare trenger 200 mA, bør du velge omformer som er i stand til, la oss si 300mA maksimal strøm i stedet for 3A, effektiviteten er bedre nær maks strøm. En annen omformer, som kan drive maks 300mA, LMR14203 «s effektivitetsdiagram:
Det er igjen det verste ved 30V , men det er rundt 88%, mens det med LM2596 er 79%, noe som er en betydelig forskjell. På 20V er det over 90%, noe som er ganske bra.
Svar
For å oppnå maksimal effektivitet, må vi forstå hvor tap kan eksistere, og hvilke tiltak som er tilgjengelige.
Jeg skal bruke en mer generisk krets ettersom prinsippene gjelder overalt; noen kretser gir frihet til å endre noen parametere for å maksimere effektiviteten i en gitt applikasjon, og andre ikke.
For å vise det, her er en krets som avslører strømbanen riktig:
Jeg har fremhevet de primære høystrømbanene i rødt; Q1, Q2 / Q3, L1 og D2 og gjeldende følemotstand. Merk at portdriftene kan ha betydelig strøm avhengig av applikasjon.
Tapene i Q1 er primært resistive og kapasitive, i Q2 / Q3 resistive og resistive i induktoren. Det er en gjeldende sansemotstand i dette skjemaet som tydeligvis forsvinner litt kraft.
Det er (som alltid) avveininger.
For hovedbryteren (Q1), den resistive tap er: \ $ \ frac {Vout} {Vin} (Imax) ^ 2 (1 + δ) R_ds (on) \ $ hvor \ $ \ delta \ $ er temperaturavhengigheten av \ $ R_ds (on) \ $
De kapasitive tapene for hovedbryteren er gitt av: \ $ k (Vin) ^ 2 (Imax) (Crss) (f) \ $
Så de resistive tapene øker med lavere driftssykluser som er rimelig ettersom hovedbryteren er på i en lengre del av tiden når Vout og Vin nærmer seg hverandre.
Kontraster dette med den kapasitive termen som er direkte proporsjonal med frekvensen. (k er en konstant relatert til det inverse av portdrivstrømmen.
Det er faktisk et krysspunkt; ved lavere Vin er lavere brytermotstand ønskelig, men ved høyere inngangsspenninger kan lavere total portladning være å foretrekke.
Jeg kan minimere induktorstørrelsen (som minimerer viklinger og derfor DC-motstand) ved å øke svitsjefrekvensen, men dette vil øke de kapasitive tapene i Q1.
Tapene i Q2 og Q3 skyldes fullstendig \ $ R_ds (on) \ $: spesifikt
\ $ P_ (sync) = \ frac {V_in – V_out} {V_in } (I_max) ^ 2 (1+ \ delta) R_ds (on) \ $
Dette viser at ved lavere driftssykluser (høyere Vin) øker tapene.
Så vi som lavere driftssykluser (høyere Vin) for hovedbryteren, men vi liker lavere Vin (lavere driftssyklus) for den synkrone bryteren; når det er sagt, har det blitt gjort store fremskritt de siste årene når det gjelder MOSFET på motstand – se for eksempel IRF6718L2 – en veldig imponerende \ $ 1m \ Omega \ $ ved 4.5V \ $ V_gs \ $
Merk D1 og D2 – disse skal være dimensjonert for minimum fremoverspenning ved en passende strøm for å minimere andre tap.
Dette er et enormt emne (som ikke nødvendigvis får nok oppmerksomhet), men med riktig oppmerksomhet kan optimal effektivitet for en gitt applikasjon oppnås.
Svar
@BenceKaulics svar om effektivitet er bra, men svarer ikke virkelig det originale spørsmålet, slik jeg ser det.
Spørsmålet mens jeg leste det, får en buck-converter med en ut av 12V @ 200ma forbruker av målenheten, avhenger inngangsstrømmen til regulatoren av inngangsspenningen?
En bryteregulator opprettholder omtrent effekt fra inngang til utgang, mindre strømbehov redigert av regulatoren og andre tap, uttrykt som effektivitet .
Målenheten din bruker 2,4 watt (12 x 0,2). Derfor vil bryterregulatoren forbruke litt mer enn 2,4 watt fra strømkilden. Hvis inngangen er 30 volt, vil den forbruke litt mer enn 0,08 ampere (2,4 / 30). På den annen side, med 20 volt inngang, vil den forbruke litt mer enn 0,12 ampere (2,4 / 20). Begge disse figurene representerer 2,4 watt.
Hvis du ser på kurvene i forrige innlegg, vil du se at det er en liten endring i effektivitet (kanskje 78% mot 80%), men dette er dverg ved endring i strømtrekk på grunn av endring av spenning, men vedlikehold av kraften.