Skiftende regulatorer konverterer indgangsspændingen til en højere eller lavere udgangsspænding, hvortil en induktor bruges til midlertidigt at lagre elektrisk energi. Størrelsen af spolen afhænger af koblingsfrekvensen for koblingsregulatoren og den forventede strøm, der løber gennem kredsløbet, så hvordan vælger jeg den korrekte induktorværdi? Induktorværdien kan bestemmes ved hjælp af en fælles formel, der inkorporerer induktorstrømmens rippel.
I de fleste datablade for omskiftning af regulatorer, såvel som i de fleste applikationsnotater og andre forklarende tekster, anbefales det, at induktorstrømmens rippel er på 30 procent af den nominelle belastningsdrift. Det betyder, at induktorstrømspidserne og induktorstrømdalene er henholdsvis 15 procent højere og 15 procent lavere end den gennemsnitlige strøm ved den nominelle belastningsstrøm. Hvorfor kan det betragtes som et godt kompromis at vælge 30 procent induktorstrømsrippel eller strømbølgeforhold (CR)?
For buck-konvertere, såsom den vist i figur 1, gælder ligning 1:
Figur 1. tilsvarende induktorstrøm-rippel ved brug af en buck-konverter.
Denne formel beregner den nødvendige induktans for en buck-konverter baseret på det aktuelle ripple-forhold CR, L. Dette forhold er typisk angivet som 0.3 eller 30 procent peak-to-peak ripple. I denne formel repræsenterer D arbejdscyklussen, og T repræsenterer cyklustiden, afhængigt af den respektive koblingsfrekvens.
Hvad sker der, når du bruger en anden induktorstrøm-rippel?
I figur 2 repræsenterer den røde linje kredsløbets induktorstrømrippel (strømbølgeforhold (CR) på 30 procent med en udgangsstrøm på 3 A. Dette er et almindeligt kompromisvalg i forbindelse med koblingsregulatorkredsløbsdesign. Den blå bølgeform svarer til en induktor strøm rippel på 133 procent og den grønne bølgeform svarer til en induktor strøm rippel på 7 procent.
Fig. 2. Induktorstrøm-rippel (rød), lille induktorstrøm-rippel (blå) og stor induktorstrøm-rippel (grøn) for et rippelstrømforhold på 30 procent ved nominel belastning.
Figur 3 viser det samme kredsløb, der kører med en delvis nominel belastning som udgangsstrømmen (f.eks. 1A). Ved høj induktorstrømrippel, som vist ved den blå bølgeform i fig. 3, vil induktoren aflades fuldstændigt ved hver cyklus. Denne tilstand kaldes discontinuous conduction mode (DCM). I denne tilstand ændres kontrolsløjfens stabilitet og kan producere højere udgangsspændingsrippel.
Fig. 3. Induktorstrøm-rippel (rød), lille induktorstrøm-rippel (blå) og stor induktorstrøm-rippel (grøn) med et rippelstrømforhold på 30 procent ved delbelastning.
Så et vist rippelstrømforhold skal bruges for at undgå DCM. et godt kompromis opnås ved et krusningsstrømforhold på 30 procent. Hvis rippelstrømforholdet er lavt, vil systemet fungere i kontinuerlig strømledningstilstand det meste af tiden, selv ved delvise belastninger. Så ved at optimere kredsløbet er det muligt at arbejde i denne tilstand.
Hvad sker der, hvis jeg vælger et rippelstrømforhold, der er for højt?
Ripple strømforhold over 30 procent resulterer i mindre induktorstørrelser og lavere omkostninger. Spidsstrømmene er dog betydeligt højere, hvilket genererer en stor mængde elektromagnetisk interferens (EMI), meget højere end typiske kredsløb kan acceptere. For at bruge kontinuerlig ledningstilstand (CCM) skal belastningsstrømmen være endnu højere. Dette er endnu ikke et problem, men driftsegenskaberne ændres i denne tilstand, og dette skal tages i betragtning, når kredsløbet designes.
Derudover resulterer en højere udgangsspænding fra en lavere induktorstrømrippel sammenlignet med en lavere induktorstrømrippel.
Hvad sker der, hvis jeg vælger et rippelstrømforhold, der er for lavt?
Ripple strømforhold under 30 procent resulterer i større induktorstørrelser og højere omkostninger. På grund af den store størrelse af energilagringsenheden vil belastningstransientresponsen være noget lavere. For eksempel, når du hurtigt afbryder en høj belastningsstrøm, skal den strøm, der er lagret i induktoren, overføres et sted. Dette får spændingen over udgangskondensatoren (COUT) til at stige. Jo mere elektrisk energi i induktoren, jo højere udgangsspænding. Overspænding kan beskadige forsyningskredsløbet.
Efter at have vejet fordele og ulemper ved forskellige induktorstrøm-rippelforhold, har vi fundet ud af, at for de fleste applikationer er et strøm-rippelforhold på omkring 30 procent eller deromkring mere egnet. Det er dog i nogle tilfælde muligt at fravige dette, så længe resultaterne er acceptable.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., grundlagt i 2010, er en professionel producent specialiseret i SMT pick and place maskine, reflow ovn, stencil print maskine, SMT produktionslinje og andre SMT produkter.
Etableret i 2010 med 100 plus ansatte & 8000 plus kvm. fabrik af uafhængige ejendomsrettigheder, for at sikre standardstyringen og opnå de mest økonomiske effekter samt spare omkostningerne.
Ejede eget bearbejdningscenter, dygtig montør, tester og QC-ingeniører for at sikre de stærke evner til NeoDen-maskiners fremstilling, kvalitet og levering.
40 plus globale partnere dækket i Asien, Europa, Amerika, Oceanien og Afrika, for med succes at betjene 10.000 plus brugere i hele verden, for at sikre bedre og hurtigere lokal service og hurtig respons.