Что следует учитывать при выборе частоты переключения

Импульсные источники питания переключаются с частотой, которая может быть фиксированной, регулируемой или синхронизированной с внешними часами. Значение частоты переключения определяет физический размер и, соответственно, стоимость конденсаторов и катушек индуктивности источника питания. Существует тенденция к более высоким частотам переключения, что позволяет создавать компактные и недорогие схемы. Встроенные генераторы в ИС импульсных стабилизаторов обычно указаны для очень широких диапазонов частот в их технических паспортах. Например, микросхема монолитного понижающего преобразователя ADP2386 имеет гарантию ± 10% от установленной частоты переключения. ИС других распространенных импульсных регуляторов рассчитаны на ± 20% или даже больше. ADP2386, настроенный с RT на частоту переключения 600 кГц, может переключаться на частоте 540 кГц и 660 кГц в крайних случаях, учитывая изменение составляющей ± 10% в частоте переключения ADP2386. Рисунок 1. Понижающий преобразователь ADP2386 с частотой коммутации, установленной с помощью резистора RT. Это возможное изменение частоты коммутации на 20% должно быть принято во внимание при проектировании схемы, поскольку пиковые токи через катушку индуктивности различаются в зависимости от фактической частоты коммутации. Как следствие, пульсации тока катушки индуктивности имеют прямое влияние на пульсации выходного напряжения. На рисунке 2 показано влияние частоты переключения на пульсации тока индуктора. Номинальная частота коммутации 600 кГц показана синим цветом. Минимальная (540 кГц) частота переключения показана фиолетовым цветом, а максимальная (660 кГц) зеленым. При номинальной настройке 600 кГц мы видим пульсацию размаха тока 1.27 А, когда регулятор переключается на частоте 540 кГц. Однако при той же настройке частоты 600 кГц импульсный стабилизатор также может переключаться на частоте 660 кГц, что соответствует пульсации тока 1.05 А. В этом примере разница пульсаций тока катушки 220 мА может возникнуть из-за изменения в частота переключения от компонента к компоненту в цепи. Это во всем допустимом диапазоне температур. Рис. 2. Пульсации тока в катушке от пика до пика под влиянием изменения частоты переключения. Настройка ограничения тока импульсного регулятора должна быть согласована с этим эффектом. Пиковые токи должны быть достаточно низкими, чтобы гарантировать, что любая существующая защита от перегрузки по току не сработает во время нормальной работы. Обратите внимание, что все другие изменения, которые также могли произойти, такие как изменения номиналов индуктивности и конденсатора, не были приняты во внимание в этом примере. Для пульсаций выходного напряжения соответствующее изменение пульсаций тока дает значения, показанные на рисунке 3. Схема спроектирована таким образом, что пульсации напряжения 4.41 мВ возникают при частоте переключения 600 кГц. Для частоты переключения 540 кГц пульсации напряжения составляют 5.45 мВ; на частоте 660 кГц наблюдается пульсация напряжения 3.66 мВ. Рис. 3. Изменения пульсаций выходного напряжения из-за изменения частоты переключения в импульсном стабилизаторе IC. В данном примере рассматривается единственное изменение компонента - это изменение частоты коммутации в допустимом диапазоне температур. На практике существует множество других переменных, например, изменения реальных значений индуктивности и конденсаторов. На них также влияет рабочая температура. Однако можно также предположить, что в большинстве случаев фактическое изменение частоты переключения не достигнет предельных значений ± 10%. Обычно поведение проявляется около типичного значения в середине указанного диапазона. Для систематического рассмотрения всех динамических переменных в источнике питания ответы дает анализ Монте-Карло. Здесь вариации различных компонентов и переменных параметров взвешиваются в соответствии с их вероятностями возникновения и связаны друг с другом. Анализ методом Монте-Карло можно выполнять с помощью свободно доступного программного обеспечения для моделирования LTspice® от Analog Devices. Дополнительные сведения о том, как изменять параметры в моделировании LTspice, см. В статье Габино Алонсо и Джозефа Спенсера «Анализ схем наихудшего случая с минимальными прогонами моделирования».

Оставить сообщение 

Список сообщений