Am o întrebare despre comutarea regulatoarelor de coborâre. (Așa cum am afirmat în întrebările mele anterioare, vă rugăm să luați în considerare faptul că „nu sunt foarte expert, așa că nu ezitați să răspundeți / să vorbiți ca și când aș fi fost un student.)
Să luăm o practică exemplu de regulator de comutare, bazat pe acest IC . (Am văzut că este utilizat în mare măsură și obișnuit în diferite circuite):
Trebuie să alimentăm un dispozitiv care are nevoie de 12V cu un consum de energie de 200mA. Ok: Vom lua un circuit convertor Buck, iar ca Vin vom oferi, de exemplu, o tensiune de 30V dintr-un pachet de baterii cu o capacitate totală de 2000mAh, atunci vom seta Vout-ul convertorului buck la 12V. Dar dacă vrem să folosim un număr mai mic de baterii putem merge și cu un Vin de 20 sau mai puțin volt: am citit că pentru IC lm2596, Vin, ar trebui să fie cel puțin mai mare de 1,5 V decât Vout.
Mă gândeam : Dacă reduc 30V (dintr-un pachet de baterii) la 12V, diferența de 18V ar putea fi motivul unui consum mai mare de energie de la baterii? Am dreptate? De exemplu, știu că regulatoarele liniare (diferit de regulatoarele de comutare) au o eficiență slabă pentru că o parte din energie se va pierde ca căldură. Dar cum rămâne cu comutarea regulatoarelor? Acum câteva zile, printr-o căutare pe Google, am citit despre o persoană care avea nevoia de a obține 5V usi ng un convertor Buck: cineva i-a spus că ar fi mai bine să iei 5V de la un Vin de 18V în loc să folosești un Vin de 12V.
Deci, luând din nou în considerare exemplul meu: atunci când folosești un regulator de comutare, este mai bine să pornești de la un Vin mai înalt, pentru a obține același Vout? De ce?
Aș dori, de asemenea, să văd câteva diagrame ale regulatoarelor de comutare.
Răspuns
TI are un instrument, numit WEBENCH , care vă poate crea o mulțime de diagrame și calcule. Iată ieșirea sa cu parametrii dvs. în pdf .
Permiteți-mi să evidențiez cel despre eficiență. Simulările arată că acest IC are o eficiență mai bună atunci când Vin are 20V, dar această diferență nu este atât de mare.
Nu contează doar Vin, dacă schimbați curentul furnizat de la 200mA la 3A, va fi afișată o diagramă de eficiență diferită. În acest caz, Vin = 30V este cea mai bună alegere.
De obicei, există diagrame similare în fișele tehnice dacă instrumente de acest gen nu sunt disponibile.
Dacă aveți nevoie doar de 200mA, ar trebui să alegeți convertorul care este capabil, să să spunem curent maxim de 300mA, mai degrabă decât 3A, eficiența este mai bună în apropierea curentului maxim. Un alt convertor, care poate conduce la maxim 300mA, Diagrama de eficiență LMR14203 „: >
Este din nou cel mai rău la 30V , dar este în jur de 88%, în timp ce cu LM2596 este de 79%, ceea ce reprezintă o diferență semnificativă. Pe 20V este peste 90% ceea ce este destul de bun.
Răspuns
Pentru a obține o eficiență maximă, trebuie să înțelegem unde sunt pierderile pot exista și ce măsuri sunt disponibile.
Voi folosi un circuit mai generic, deoarece principiile se aplică peste tot; unele circuite oferă libertatea de a modifica unii parametri pentru a maximiza eficiența într-o aplicație dată, iar altele nu.
Pentru a arăta acest lucru, iată un circuit care expune corect calea de alimentare:
Am evidențiat căile principale de curent ridicat în roșu; Q1, Q2 / Q3, L1 și D2 și rezistorul de detectare a curentului. Rețineți că unitățile de poartă pot avea un curent semnificativ în funcție de aplicație.
Pierderile din Q1 sunt în primul rând rezistive și capacitive, în Q2 / Q3 rezistive și rezistive în inductor. Există o rezistență de sens curentă în această schemă, care disipează o anumită putere, evident.
Există (ca întotdeauna) compromisuri.
Pentru comutatorul principal (Q1), rezistivul pierderile sunt: \ $ \ frac {Vout} {Vin} (Imax) ^ 2 (1 + δ) R_ds (on) \ $ unde \ $ \ delta \ $ este dependența de temperatură a \ $ R_ds (on) \ $
Pierderile capacitive pentru comutatorul principal sunt date de: \ $ k (Vin) ^ 2 (Imax) (Crss) (f) \ $
Deci pierderile rezistive cresc cu cicluri de funcționare, ceea ce este rezonabil, întrucât comutatorul principal este pornit pentru o proporție mai mare de timp, pe măsură ce Vout și Vin se apropie unul de celălalt.
Contrastează acest lucru cu termenul capacitiv care este direct proporțional cu frecvența. (k este o constantă legată de inversul curentului de acționare a porții).
Există de fapt un punct de încrucișare; la Vin mai mic, este de dorit o rezistență mai mică a comutatorului, dar la tensiuni de intrare mai mari poate fi preferabilă o încărcare totală mai mică a porții.
Pot reduce dimensiunea inductorului (care minimizează înfășurările și, prin urmare, rezistența la curent continuu) prin creșterea frecvenței de comutare, dar acest lucru va crește pierderile capacitive în Q1.
Pierderile din Q2 și Q3 se datorează complet \ $ R_ds (on) \ $: în mod specific
\ $ P_ (sincronizare) = \ frac {V_in – V_out} {V_in } (I_max) ^ 2 (1+ \ delta) R_ds (on) \ $
Acest lucru arată că la cicluri de funcționare mai mici (Vin mai mare), pierderile cresc.
Deci, noi cum ar fi ciclurile de funcționare mai mici (Vin mai mare) pentru comutatorul principal, dar ne place Vinul mai mic (ciclu de lucru mai mic) pentru comutatorul sincron; Acestea fiind spuse, s-au făcut pași mari în ultimii ani în ceea ce privește rezistența MOSFET – a se vedea, de exemplu, IRF6718L2 – un \ 1 milion \ Omega \ $ la 4,5V \ $ V_gs \ $
Notă D1 și D2 – acestea ar trebui dimensionate pentru tensiunea minimă înainte la un curent adecvat pentru a minimiza alte pierderi.
Acesta este un subiect enorm (care nu atrage în mod necesar atenția suficientă), dar cu o atenție adecvată, se poate obține eficiența optimă pentru o anumită aplicație.
Răspuns
Răspunsul @BenceKaulics despre eficiență este bun, dar nu răspunde cu adevărat la întrebarea inițială, așa cum o văd eu.
Întrebarea în timp ce am citit-o, primește un convertor cu un Consumator 12V @ 200ma de către dispozitivul țintă, curentul de intrare către regulator depinde de tensiunea de intrare?
Un regulator de comutare menține aproximativ putere de la intrare la ieșire, mai puțină energie necesară ed de regulator și alte pierderi, exprimate ca eficiență .
Dispozitivul dvs. țintă consumă 2,4 wați (12 x 0,2). Prin urmare, regulatorul de comutare va consuma din sursa sa de energie ceva mai mult de 2,4 wați. Dacă intrarea este de 30 de volți, va consuma puțin mai mult de 0,08 amperi (2,4 / 30). Pe de altă parte, cu o intrare de 20 volți, va consuma puțin mai mult de 0,12 amperi (2,4 / 20). Ambele cifre reprezintă 2,4 wați.
Dacă te uiți la curbele din postarea anterioară, vei vedea că există o mică schimbare a eficienței (poate 78% față de 80%), dar acest lucru a scăzut prin schimbarea consumului de curent datorită schimbării tensiunii, dar menținerii puterii.