Takviye Konvertörlerinde Minimum Anahtarlama Frekansları

Destek dönüştürücüler için anahtarlama frekansları neden 100kHz aralığının üzerinde?

Doğru anlarsam, frekans 100kHz'den yukarı doğru arttıkça, indüktörden oluşturulan dalgalanma akımı azalır, zaman içindeki akım değişikliği indüktörde azalır ve bileşenler, daha büyük ( göreceli) akımlar. Bununla birlikte, MOSFET'teki anahtarlama kayıplarından kaynaklanan azaltılmış verimliliğin yanı sıra indüktörün çekirdeğinden kaynaklanan kayıplarla da karşı karşıyalar.

Bu nedenle, frekansı azaltarak verimliliği artırabileceğiniz göz önüne alındığında, anahtarlama frekansları neden daha düşük aralıklarda gerçekleşmez; 100Hz-10kHz aralığı, örneğin? İndüktörün uğraşması gereken akım değişikliklerinin çok yüksek olması ve indüktör kablo rezistif kayıplarının ana güç kaybı kaynağı olarak hakim olmaya başlaması mı?

Destek dönüştürücüler için anahtarlama frekansları neden 100kHz aralığının üzerinde?

Güçlü bir takviye dönüştürücü, düşük / orta kHz aralığında çalışabilir ve bunu yapabilir, çünkü kullanılan güç transistörleri doğal olarak yavaş aygıtlardır. İşin püf noktası, statik kayıpların yaklaşık olarak dinamik kayıplara eşit olduğu bir frekansta çalışmaktır.

Doğru anlarsam, frekans 100kHz'den yukarı doğru arttıkça, indüktörden oluşturulan dalgalanma akımı azalır, zaman içindeki akım değişikliği indüktörde azalır ve bileşenler, daha büyük ( göreceli) akımlar.

Dalgalanma akımı, indüktör tarafından ne kadar enerji depolandığına ve kondansatöre periyodik olarak verilen sahneye göre ayarlanır. Daha yüksek frekanslarda bu transfer saniyede daha fazla kez yapılır, böylece bir yüke verilen aynı güç için dalgalanma akımı daha küçük olabilir, ancak bu aynı gücü (akımın karesi ile orantılı olarak enerji) vermez ve bu nedenle endüktans azaltılacak ve bu dalgalanma akımını artıracaktır. Süreksiz veya sürekli iletim modunu çalıştırma olasılığını denerseniz ve hesaba katıyorsanız, düşündüğünüz kadar net bir kesim değildir.

Bileşenler daha küçük olabilir, evet.

Bununla birlikte, MOSFET'teki anahtarlama kayıplarından kaynaklanan azaltılmış verimliliğin yanı sıra indüktörün çekirdeğinden kaynaklanan kayıplarla da karşı karşıyalar.

Evet ve hayır. Anahtarlama kayıpları artar, ancak doygunluk gibi bazı çekirdek kayıplar azalır. Bununla birlikte, girdap akım kayıpları (genellikle çekirdek doygunluğundan daha küçük) artma eğilimi gösterecektir ve bu nedenle çekirdeklerin 1 MHz'in üzerine geçmeye uygun hale getirilmesinde önemli bir gelişme görüyorsunuz.

Bu nedenle, frekansı azaltarak verimliliği artırabileceğiniz göz önüne alındığında, anahtarlama frekansları neden daha düşük aralıklarda gerçekleşmez; 100Hz-10kHz aralığı, örneğin?

Düşük frekanslarda indüktör doygunluğu büyük bir faktördür - frekansı düşürün ve doygunluk kayıpları aniden gökyüzü roketi yapabilir. MOSFET'lerinizdeki dinamik ve statik kayıplar arasındaki dengeyi koruyorsanız, bu genellikle amaçlanan en iyi frekanstır (daha önce belirtildiği gibi).

İndüktörün uğraşması gereken akım değişikliklerinin çok yüksek olması ve indüktör kablo rezistif kayıplarının ana güç kaybı kaynağı olarak hakim olmaya başlaması mı?

Daha düşük frekans, saniyede daha az enerji aktarılması anlamına gelir ve bu, daha yüksek akımlarda (aynı güç çıkışı için) koşmanız gerektiği anlamına gelir, ancak buna takıntılı olmayın. CCM (sürekli iletim modu) çalıştırmak, dalgalanma akımının aynı enerjiyi aktarmak için çok küçük olabileceği anlamına gelir.

İki sebep...

1. Daha yüksek frekanslar, daha küçük, daha ucuz ve daha hafif bileşenler kullanabileceğiniz anlamına gelir.

2. Belirli bir frekansta (yaklaşık 50KHz) duyulabilir gürültü üretilir. Daha yüksek uçta evcil hayvan kuruyemişlerinizi sürecek, sizi ve kullanıcılarınızın kuruyemişlerini düşürecektir.

İşin püf noktası dengeye gelmektir. Frekansı, çok kayıplı olmayan uygun anahtarları bulabilecek kadar düşükken maliyetleri sınırlayacak kadar yüksek yapın.

Başka bir değiş tokuş daha var. Düşük frekanslar, daha fazla dalgalanma ile uğraşmanız anlamına gelir, ancak daha sonra yüksek frekanslar daha fazla EMI gürültüsü anlamına gelir.

Doğru dengeyi elde etmek biraz sanattır.

Herhangi bir dönüştürücü için anahtarlama frekansı seçimini belirleyen birçok farklı faktör vardır. Bunlardan biri, frekans yükseldikçe azalmaya eğilimli manyetikler ve kapasitör boyutudur. Frekansı düşürürseniz, yalnızca bu bileşenler daha da büyür, aynı zamanda ses aralığına girdiğinizde akustik gürültüye maruz kalırsınız. İkinci önemli faktör verimliliktir. Hafif yük durumunda 100 kHz'de kalıcı olarak geçiş yaparsanız, anahtarlama kayıpları verimliliği büyük ölçüde etkiler. Sonuç olarak, bugün birçok dc-dc dönüştürücüsü, yük akımı hafifledikçe anahtarlama frekansını azaltan bir frekans katlama modu uygular. Verimliliği çok artırır. Kontrolörler akustik gürültü nedenleriyle genellikle 20 kHz'in üzerinde katlamayı durdurur ve yük akımı daha da düşerse atlama döngüsüne girer.

$f_c$$F_{sw}$$F_{sw}$$L$$V_{out}$$\omega_z=\frac{{R_L}(1-D)^2}{L}$$L$$F_{sw}$

$H_2$$H_3$200 kHz'de geçiş yapıyorsanız, tam güçte temel ile değil. Umarım bu çok fazla söz konusu değildi! :)