Şarj pompaları neden sadece düşük akım uygulamaları için kullanılıyor?

Tipik olarak bir SMPS'deki en pahalı (ve elde edilmesi zor) elementler indüktörlerdir. Bu yüzden jenerik kullanım durumları için indüktörsüz anahtarlama modu güç kaynakları (yani şarj pompaları), örneğin tezgah üstü güç kaynağı, sabit yüksek güçlü DC-DC dönüştürücüler (birkaç amper ve yüz watt güç) kullanmanın mümkün olup olmadığını merak ediyordum. ), vb.

Bulabildiğim tüm şarj pompası tasarımları düşük güç uygulamaları içindi. Birinin yüksek güç indüktörsüz güç kaynağı tasarlamasını engelleyen nedir? Bazı doğal fiziksel sınırlamalar var mı?

Fikrinizle ilgili iki sorun var. Bir pratik ve bir temel.

Pratik sorun, depolanan enerji kapasitörlerinin miktarı başına indüktörlerden daha pahalıdır ve bunun üzerine gerçekten yüksek kapasiteli kapasitörlerin (elektrolitik) yaşıdır.

Temel sorun, bir kondansatörü bir voltaj kaynağından şarj etmenin temelde kayıp olmasıdır (ısıyı dağıtırsınız). Bu sezgisel görünebilir, ancak yine de doğrudur. (Bu konuda bir süre önce bir soru vardı.) Dolayısıyla, uçan bir kapasitör voltaj dönüştürücü, hatta ideal olan bile, doğal olarak verimsizdir. (İdeal indüktör tabanlı voltaj dönüştürücü% 100 verimlidir.)

Dünyanın kapasitörlere haksızlık etmesinin garip olduğunu düşünebilirsiniz, ancak bu bizim insan hatamızdır: çoğunlukla voltaj kaynaklarından güç sağlıyoruz. Akım kaynakları için tersi doğrudur: uçan kapasitörlerden ideal bir akım dönüştürücü% 100 verimli olabilirken, indüktörlerden biri mutlaka kayıp olmalıdır.

Kaynak ve çıkış sabit akım olsaydı kapasitörler daha iyi olurdu. Voltaj belirli bir seviyeye yükselene kadar kapasitörü şarj edebilir, daha sonra sabit bir çıkış akımı korumak için kapasitörü yük empedansına deşarj edebilirsiniz. Çıkış akımı sabitini korumak için çıkış filtresi olarak büyük bir indüktör kullanırsınız.

Kaynaklarımız sabit voltaj olduğundan ve genellikle sabit çıkış voltajı istediğimizden, enerjiyi depolamak için indüktörleri ve filtrelemek için kapasitörleri kullanmak daha mantıklıdır.

Tüm verimli anahtarlama kaynaklarının hem kapasitörlere hem de indüktörlere sahip olduğunu unutmayın .

Evet, şarj pompaları (uçan kapasitör) bir voltaj alabilir ve hareket ettirebilir, çevirebilir, hatta tamsayılarla ve benzerleriyle çarpabilir, ancak bir kapasitörü dirençli bir anahtarla her şarj ettiğinizde veya deşarj ettiğinizde kapasitörün enerji değişiminin bir kısmını kaybedersiniz anahtarın kendisinde - daha büyük bir voltaj değişimi daha fazla kayıp anlamına gelir. Daha düşük bir direnç anahtarı, belirli bir voltaj değişikliği için kaybedilen enerjinin daha küçük bir zaman dilimine sıkıştırıldığı anlamına gelir, toplam sabit kalır.

Farklı voltajlara sahip iki kapasitör veya seri kapasitör dizisi birbirine bağlanırsa, şarjları, burada depolanan enerji miktarını azaltacak şekilde ortalama olacaktır. Bir indüktör kullanılarak bağlanırlarsa, fazla enerji bu indüktöre aktarılır ve daha sonra bazı faydalı amaçlara getirilebilir. Bağlantı tamamen dirençliyse, enerji% 100 ısıya dönüştürülür. Direnci en aza indirmek enerji kaybını azaltmaz; yalnızca gerçekleşmesi için gereken süreyi azaltacaktır.

Sonuç olarak, bir şarj pompasının verimli olması için kapasitörlerin, aralarındaki voltajın asla çok fazla değişmeyecek kadar büyük olması gerekir. Bir şarj pompasının çok fazla enerji iletmesi gerekmediği durumlarda, çıkışta doğrusal bir regülatör kullanılabilir ve en kötü dalgalanma koşullarında çıkış voltajının regülasyonu koruyacak kadar yüksek olacağı kadar voltajı artırabilir, ancak verimlilik yük voltajı ile güçlendirme oranının kaynak voltajına oranıyla sınırlandırılacaktır.

Şarj pompalarıyla ilgili birkaç sorun vardır.

1. aynı zamanda verimlilik ve voltaj regülasyonu sunamazlar. Çıkış gerilimini, giriş gerilimi değişimleri ve yük değişimleri sırasında sabit kalacak şekilde düzenlemenin tek yolu, kasıtlı verimsizlik sağlamaktır.
2. Akım, döngünün hem şarj hem de deşarj kısımları sırasında iki anahtarlama elemanından (diyotlar veya transistörler) geçmelidir (oysa bir kova veya yükseltme dönüştürücüsü ile bir seferde sadece bir anahtarlama elemanından geçmesi gerekir).
3. Verimlilik, istenen giriş / çıkış gerilimi oranına oldukça bağlıdır. 1.5x voltaj dönüştürücüsü söylemek istiyorsanız, karmaşık bir çok aşamalı düzenleme kullanmanız veya 2x dönüştürücü yapmanız ve kasıtlı olarak verimsiz bir modda çalıştırmanız gerekir.