¿Por qué cargas más pequeñas requieren de mayores inductores en buck reguladores?

Question

El MC34063 la Nota de Aplicación de las listas de la ecuación para calcular el mínimo inductor tamaño de la siguiente manera:

$$L_{min} = \frac{V_{in} - V_{sat} - V_{out}}{I_{pk}(switch)} t_{on}$$

Pero esto implica que como yo_pk(conmutador) (por ejemplo, el máximo, el interruptor de corriente) disminuye, el mínimo inductor aumenta de tamaño. Esto es respaldado por las calculadoras interactivas como este, que muestran el mismo efecto.

¿Por qué es este el caso, y tampoco implica que el regulador sólo funciona como fue diseñado, si se ejecuta en el pico de carga, y por lo tanto, necesidad de aumentar el tamaño del inductor si quiero manejar cargas más pequeñas?

Answer 1

Las cargas más livianas requieren más inductancia para permanecer en el continuo de la conducción de modo (CCM).

La aplicación de la nota de la ecuación de usted ref da una inductancia Lmin que pone el convertidor en el límite entre el MCP y discontinuos de modo de conducción (DCM). Si utiliza la carga máxima de corriente en este cálculo, el resultado convertidor de caer en DCM en nada menos que la carga máxima, donde su dinámica va a cambiar. (DC reglamento seguirá siendo buena.) En su lugar, la base de cálculo de la inductancia de la carga mínima prevista, por lo que el convertidor permanece en CCM sobre el rango de carga.

Answer 2

Pensar en el reverso. Una mayor inductor se acumula más lentamente cuando el mismo se aplica voltaje a través de él. Por lo tanto, si usted necesita una gran cantidad de corriente tiene que utilizar un pequeño inductor para construir más rápidamente, o deje el interruptor en el tiempo para construir más actual.

Para los más pequeños de la corriente de salida, usted no necesita un mayor inductor necesariamente. Sin embargo, hay un límite para lo corto que es razonable mantener el interruptor en on, entonces hay una cierta corriente mínima acumulación en el inductor en cada ciclo del interruptor. Que el mínimo de la corriente hace que algunos mínimo de elevación de voltaje en la salida cuando es arrojado allí. Por lo tanto, la conmutación de fuentes de alimentación diseñadas para alta corriente tendrá mayor producción de ondulación de la tensión de los más exigentes de la máxima especificación, todo lo demás siendo igual.

Si la salida de la ondulación no es una gran preocupación, usted puede usar el modo discontinuo con un pulso de la demanda de régimen de control y de obtener tan poco corriente media como usted desea. La mayoría de las PYMES chips están diseñados para el modo continuo, ya que el uso de alta frecuencia para mantener el físico inductor tamaño. Ellos no van a ir a todas las concesiones de diseño, y se hacen algunas hipótesis acerca de lo que quieren las características de salida. Esto es por lo general baja ondulación y rápida respuesta transitoria. Con estas consideraciones, hay algunos limitada gama actual, donde las características va a ser "buena". Utilizando los parámetros sólo lo suficiente para la corriente máxima del caso, a que te dé un buen rendimiento hacia abajo a la parte inferior de los niveles actuales.

Answer 3

Más theoratical explicación:

La corriente a través del inductor de SMPS es como un triángulo. El promedio actual de este triángulo es igual a su carga. El pico-a-pico de valor está determinado por los diferentes voltajes de entrada y salida, frecuencia de conmutación, ciclo de trabajo y el inductor.

La primera figura muestra un convertidor buck. El segundo muestra las formas de onda del convertidor buck. Se muestra el interruptor S, el voltaje a través del inductor y la corriente a través del inductor. Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje a través del inductor es Vin-Vsal. Cuando el interruptor está abierto, el voltaje a través del inductor es -Vsal. El diodo se asume en este ideal y para ello tiene cero de caída de tensión. Un convertidor buck tiene una regla que Vin>Vsal, por lo que tiene un voltaje positivo de 'carga' el inductor, y un voltaje negativo 'descarga' el inductor. La tasa de cambio actual es la persona a cargo en esta tensión y la inductancia. Si desea una salida estable, la upramp debe ser como "alto" como el downramp. De lo contrario se obtiene una caída o aumento de la media. Hay un equilibrio. En matemáticas, esto se reduce a esto:

El primer término de la fórmula describe la upramp, y el segundo término describe la downramp. Como se puede ver la frecuencia de conmutación y el ciclo de trabajo se han simplificado para t_on y t_off. El ciclo de trabajo es sólo en función de la relación entre el voltaje de salida sobre la entrada de voltaje. El ciclo de trabajo no va a cambiar con carga variable.

El nivel de upramp y downramp 'velocidad' sólo cambiará si cambia la entrada/salida de los voltajes, el inductor de valor o de la frecuencia de conmutación. El aumento de la frecuencia de conmutación inferior a la downramps, pero no siempre es posible aumentar la frecuencia de conmutación (quizá ya estén operando a la máxima). La entrada/salida de los voltajes se mantienen constantes, que es la aplicación que usted está tratando con. Si aumenta el inductor, a continuación, el cambio en la corriente a través del inductor se va a caer. Esa es la única herramienta que usted tiene disponible.

¿Por qué es esto un problema? Así, en las formas de onda que le he mostrado el convertidor está funcionando bien. El mínimo de la corriente a través del inductor no llegar a cero. ¿Qué sucede si el promedio de la corriente disminuye tanto que el inductor no llegar a cero?

El convertidor tendría que recurrir a modo discontinuo. No todos los convertidores pueden hacer esto. A veces esto requiere que el convertidor para saltar ciclos. Si el convertidor se abre el interruptor para una cantidad mínima de tiempo, una cierta cantidad de energía que se transfiere. Este es almacenado en el condensador, pero no se consume lo suficientemente rápido. Esto va a influir en la tensión de salida, lo que hace que el convertidor inestable. Si usted se salta los ciclos del convertidor básicamente espera antes de que el voltaje de salida cae lo suficiente antes de que se requiere de otro ciclo.

Un mayor valor del inductor significa que la corriente mínima será más cercano a su promedio actual , posiblemente evitando operación en discontinuo. Esto implica, también, por qué calcular el mínimo de la bobina a través de las hojas de datos. Usted puede utilizar siempre un mayor inductor, pero más pequeño puede causar problemas en la carga es baja. Sin embargo, si el SMPS también está diseñado para ofrecer una alta potencia en situaciones, el inductor puede ser demasiado voluminoso y caro..

Un convertidor capaz de conmutar a modo discontinuo es bastante libre de problemas con esto y usted no tiene que ir a través de este. El MC34063 es relativamente antiguo y genérico chip, así que es un poco más complicado.

Si usted no puede caber una mayor inductor.. agregar una carga mínima de sí mismo.

Answer 4

Estoy en una similar de la barca, ya que con este chip. Por lo que yo entiendo (y reitero qué ha dicho más arriba) desea establecer su promedio actual de tal manera que su pico a pico rizado de corriente a través del inductor es siempre por encima de 0 amperios. Si nos fijamos en el gráfico con el promedio de la corriente, el voltaje y estado del interruptor desea asegurarse de i_min puede que nunca llegue a 0. Para lograr esto reduce el rizado de corriente y esto permitirá que el promedio actual para subir o bajar....acercarse a 0.