Minimalne częstotliwości przełączania w przetwornicach podwyższających

Dlaczego częstotliwości przełączania przetwornic podwyższających przekraczają zakres 100 kHz?

Jeśli dobrze rozumiem, gdy częstotliwość wzrasta od 100 kHz w górę, prąd tętnienia, który powstaje z cewki indukcyjnej maleje, zmiana prądu z upływem czasu maleje w cewce indukcyjnej, a komponenty mogą być mniejsze, ponieważ nie mają do czynienia z większymi ( prądy względne). Jednak przeciwdziała im zmniejszona wydajność spowodowana stratami przełączania w MOSFET, a także stratami z rdzenia cewki indukcyjnej.

Biorąc pod uwagę, że można zwiększyć efektywność poprzez zmniejszenie częstotliwości, dlaczego nie przełączać częstotliwości w niższych zakresach; na przykład zakres 100 Hz-10 kHz? Czy to dlatego, że obecne zmiany, z którymi ma do czynienia cewka indukcyjna, są zbyt wysokie, a straty rezystancyjne w przewodach indukcyjnych zaczynają dominować jako główne źródło strat mocy?

Dlaczego częstotliwości przełączania przetwornic podwyższających przekraczają zakres 100 kHz?

Potężny konwerter podwyższający może działać w zakresie niskich / średnich kHz i może to robić, ponieważ zastosowane tranzystory mocy są z natury wolnymi urządzeniami. Sztuką jest działanie z częstotliwością, w której straty statyczne są w przybliżeniu równe stratom dynamicznym.

Jeśli dobrze rozumiem, gdy częstotliwość wzrasta od 100 kHz w górę, prąd tętnienia, który powstaje z cewki indukcyjnej maleje, zmiana prądu z upływem czasu maleje w cewce indukcyjnej, a komponenty mogą być mniejsze, ponieważ nie mają do czynienia z większymi ( prądy względne).

Prąd tętnienia ustawia scenariusz określający, ile energii jest magazynowane przez cewkę i podawane cyklicznie do kondensatora. Przy wyższych częstotliwościach przenoszenie odbywa się więcej razy na sekundę, dlatego dla tej samej mocy dostarczanej do obciążenia prąd tętnienia może być mniejszy, ale nie do końca dostarcza tę samą moc (energia proporcjonalna do prądu podniesionego do kwadratu), a zatem indukcyjność ma do zmniejszenia, a to zwiększa prąd tętnienia. Jeśli spróbujesz uwzględnić możliwość działania w trybie nieciągłym lub ciągłym, nie będzie to tak wyraźne, jak mogłoby się wydawać.

Komponenty mogą być mniejsze, tak.

Jednak przeciwdziała im zmniejszona wydajność spowodowana stratami przełączania w MOSFET, a także stratami z rdzenia cewki indukcyjnej.

Tak i nie. Straty przełączania rosną, ale niektóre straty podstawowe zmniejszają się, takie jak nasycenie. Jednak straty wiroprądowe (zwykle mniejsze niż nasycenie rdzenia) będą miały tendencję do wzrostu i dlatego widać znaczny postęp w dostosowaniu rdzeni do przełączania powyżej 1 MHz.

Biorąc pod uwagę, że można zwiększyć efektywność poprzez zmniejszenie częstotliwości, dlaczego nie przełączać częstotliwości w niższych zakresach; na przykład zakres 100 Hz-10 kHz?

Przy niskich częstotliwościach nasycenie induktora jest dużym czynnikiem - niższe częstotliwości i straty nasycenia mogą nagle wzrosnąć. Jeśli utrzymasz równowagę między stratami dynamicznymi i statycznymi w MOSFET-ach, zwykle jest to najlepsza częstotliwość, do której dążysz (jak wspomniano wcześniej).

Czy to dlatego, że obecne zmiany, z którymi ma do czynienia cewka indukcyjna, są zbyt wysokie, a straty rezystancyjne w przewodach indukcyjnych zaczynają dominować jako główne źródło strat mocy?

Niższa częstotliwość oznacza mniej energii przenoszonej na sekundę, a to oznacza, że ​​musisz biegać z wyższymi prądami (dla tej samej mocy), ale nie popadaj w obsesję. Uruchomienie CCM (tryb ciągłego przewodzenia) oznacza, że ​​prąd tętnienia może być bardzo mały, aby przenieść tę samą energię.

Dwa powody...

1. Wyższe częstotliwości oznaczają, że możesz używać mniejszych, tańszych i lżejszych komponentów.

2. Przy pewnej częstotliwości (około 50 kHz) generowany jest słyszalny hałas. Na wyższym poziomie doprowadzi twoje zwierzaki do szału, niżej doprowadzi ciebie i twoich użytkowników do szaleństwa.

Sztuka polega na doprowadzeniu do równowagi. Ustaw częstotliwość wystarczająco wysoką, aby ograniczyć koszty, a jednocześnie wystarczająco niską, aby móc znaleźć odpowiednie przełączniki, które nie są zbyt stratne.

Istnieje również inny kompromis. Niższe częstotliwości oznaczają większą falę, z którą musisz sobie poradzić, ale z drugiej strony wysokie częstotliwości oznaczają więcej szumu EMI.

Osiągnięcie właściwej równowagi to trochę sztuka.

Istnieje wiele różnych czynników, które decydują o wyborze częstotliwości przełączania dowolnego konwertera. Jednym z nich jest magnes i wielkość kondensatora, które mają tendencję do zmniejszania się wraz ze wzrostem częstotliwości. Jeśli obniżysz częstotliwość, nie tylko te komponenty stają się większe, ale również wchodząc w zakres audio, będziesz cierpieć z powodu hałasu. Drugim ważnym czynnikiem jest wydajność. Jeśli na stałe przełączysz na 100 kHz w warunkach niewielkiego obciążenia, straty przełączania będą miały duży wpływ na wydajność. W rezultacie wiele współczesnych przetwornic DC-DC stosuje tak zwany tryb zmniejszania częstotliwości, który zmniejsza częstotliwość przełączania w miarę zmniejszania się prądu obciążenia. To znacznie poprawia wydajność. Sterowniki zwykle przestają składać się powyżej 20 kHz ze względu na hałas akustyczny i wchodzą w cykl pomijania, jeśli prąd obciążenia dalej spadnie.

$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$już niższa) niż przy podstawowej przy pełnej mocy, jeśli przełączałeś przy 200 kHz. Mam nadzieję, że to nie było zbyt wiele gadatliwości! :)