Minimale Schaltfrequenzen in Aufwärtswandlern

Warum liegen Schaltfrequenzen für Aufwärtswandler über dem 100-kHz-Bereich?

Wenn ich das richtig verstehe, nimmt mit zunehmender Frequenz ab 100 kHz der vom Induktor erzeugte Welligkeitsstrom ab, die zeitliche Stromänderung im Induktor nimmt ab und die Komponenten können kleiner sein, weil sie nicht mit größeren ( relative) Ströme. Dem steht jedoch eine verminderte Effizienz durch Schaltverluste im MOSFET sowie Verluste durch den Kern des Induktors gegenüber.

Angesichts der Tatsache, dass Sie die Effizienz durch Verringern der Frequenz steigern können, sollten Schaltfrequenzen nicht in niedrigeren Bereichen auftreten. der 100Hz-10kHz-Bereich zum Beispiel? Ist es so, dass die Stromänderungen, mit denen der Induktor zu kämpfen hat, zu hoch sind und die Widerstandsverluste der Induktorverdrahtung als Hauptquelle für Leistungsverluste zu dominieren beginnen?

Warum liegen Schaltfrequenzen für Aufwärtswandler über dem 100-kHz-Bereich?

Ein leistungsfähiger Aufwärtswandler könnte im niedrigen / mittleren kHz-Bereich arbeiten und dies möglicherweise, weil die verwendeten Leistungstransistoren von Natur aus langsame Geräte sind. Der Trick besteht darin, mit einer Frequenz zu arbeiten, bei der statische Verluste ungefähr den dynamischen Verlusten entsprechen.

Wenn ich das richtig verstehe, nimmt mit zunehmender Frequenz ab 100 kHz der vom Induktor erzeugte Welligkeitsstrom ab, die zeitliche Stromänderung im Induktor nimmt ab und die Komponenten können kleiner sein, weil sie nicht mit größeren ( relative) Ströme.

Der Welligkeitsstrom legt die Szene fest, wie viel Energie von der Induktivität gespeichert und zyklisch an den Kondensator abgegeben wird. Bei höheren Frequenzen erfolgt diese Übertragung mehrmals pro Sekunde, daher könnte bei gleicher Leistung, die an eine Last abgegeben wird, der Welligkeitsstrom kleiner sein, dies liefert jedoch nicht ganz dieselbe Leistung (Energie proportional zum Strom im Quadrat), und daher hat die Induktivität reduziert werden und dies erhöht den Welligkeitsstrom. Wenn Sie versuchen, die Möglichkeit eines diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Leitungsmodus zu berücksichtigen, ist dies nicht so eindeutig, wie Sie vielleicht denken.

Komponenten können kleiner sein, ja.

Dem steht jedoch eine verminderte Effizienz durch Schaltverluste im MOSFET sowie Verluste durch den Kern des Induktors gegenüber.

Ja und nein. Schaltverluste nehmen zwar zu, aber einige Kernverluste wie Sättigung nehmen ab. Wirbelstromverluste (normalerweise kleiner als die Kernsättigung) nehmen jedoch tendenziell zu, und aus diesem Grund sehen Sie eine erhebliche Entwicklung bei der Herstellung von Kernen, die für das Schalten über 1 MHz geeignet sind.

Angesichts der Tatsache, dass Sie die Effizienz durch Verringern der Frequenz steigern können, sollten Schaltfrequenzen nicht in niedrigeren Bereichen auftreten. der 100Hz-10kHz-Bereich zum Beispiel?

Bei niedrigen Frequenzen ist die Sättigung des Induktors ein großer Faktor - niedrigere Frequenzen und Sättigungsverluste können plötzlich in die Höhe schießen. Wenn Sie das Gleichgewicht zwischen dynamischen und statischen Verlusten in Ihren MOSFETs aufrechterhalten, ist dies normalerweise die beste Frequenz (wie bereits erwähnt).

Ist es so, dass die Stromänderungen, mit denen der Induktor zu kämpfen hat, zu hoch sind und die Widerstandsverluste der Induktorverdrahtung als Hauptquelle für Leistungsverluste zu dominieren beginnen?

Eine niedrigere Frequenz bedeutet weniger Energieübertragung pro Sekunde und dies bedeutet, dass Sie mit höheren Strömen (bei gleichem Stromausfall) arbeiten müssen, aber nicht davon besessen sind. Wenn CCM (Continuous Conduction Mode) ausgeführt wird, kann der Welligkeitsstrom sehr klein sein, um die gleiche Energie zu übertragen.

Zwei Gründe...

1. Höhere Frequenzen bedeuten, dass Sie kleinere, billigere und leichtere Komponenten verwenden können.

2. Unter einer bestimmten Frequenz (ca. 50 kHz) wird hörbares Rauschen erzeugt. Am oberen Ende werden Ihre Haustiere verrückt, am unteren Ende werden Sie und Ihre Benutzer verrückt.

Der Trick besteht darin, ein Gleichgewicht zu finden. Stellen Sie die Frequenz hoch genug ein, um die Kosten zu begrenzen, während sie niedrig genug ist, um geeignete Schalter zu finden, die nicht zu verlustbehaftet sind.

Es gibt auch einen anderen Kompromiss. Niedrigere Frequenzen bedeuten mehr Welligkeit, mit der Sie umgehen müssen, aber hohe Frequenzen bedeuten mehr EMI-Rauschen.

Das richtige Gleichgewicht zu finden ist eine Kunst.

Es gibt viele verschiedene Faktoren, die die Wahl der Schaltfrequenz für jeden Wandler bestimmen. Eine davon sind Magnete und Kondensatorgrößen, die mit steigender Frequenz tendenziell abnehmen. Wenn Sie eine niedrigere Frequenz wählen, werden nicht nur diese Komponenten größer, sondern Sie leiden auch unter akustischen Geräuschen, wenn Sie den Audiobereich betreten. Der zweite wichtige Faktor ist die Effizienz. Wenn Sie im Leichtlastzustand permanent mit 100 kHz schalten, wirken sich Schaltverluste stark auf die Effizienz aus. Infolgedessen implementieren viele heutige DC / DC-Wandler einen sogenannten Frequenz-Foldback-Modus, der die Schaltfrequenz verringert, wenn der Laststrom leichter wird. Es verbessert die Effizienz erheblich. Regler hören normalerweise aus Gründen des akustischen Rauschens auf, über 20 kHz zu klappen, und treten in den Sprungzyklus ein, wenn der Laststrom weiter abfällt.

$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$bereits niedriger) anstatt mit der Grundwelle bei voller Leistung, wenn Sie mit 200 kHz schalten. Hoffe das war nicht zu viel Wortschatz! :)