Оглавление

1. Три режима работы асинхронного DCDC.

2. Как перейти с CCM на DCM?

3. Какова связь между пульсациями переменного тока индуктора и номиналом индуктора?

4. Что означает насыщение индуктора?

1. Три режима работы асинхронного DCDC.

В каком режиме работает асинхронный DCDC, зависит от топологии и выходной мощности, входного и выходного напряжения.

CCM, режим непрерывной проводимости, ток индуктора >0 за один цикл переключения.

DCM, прерывистый режим проводимости, ток дросселя ≥ 0 в течение одного цикла переключения.

BCM, режим граничной проводимости, режим, в котором CCM переключается на DCM.

Рисунок 1. Режим непрерывной проводимости (CCM).

Рисунок 2. Критический режим проводимости (BCM).

Рисунок 3. Режим прерывистой проводимости (DCM).

Видно, что характеристикой CCM является то, что ток нагрузки всегда больше 0, характеристикой BCM является то, что ток нагрузки может быть равен 0, а характеристикой DCM является то, что ток нагрузки может быть равен 0. и остается 0. Причина, по которой ток нагрузки не может быть меньше 0, связана с наличием диодов.

Одной из особенностей асинхронного DCDC является использование диодов для достижения свободного хода. По сравнению с синхронным DCDC, асинхронный DCDC является более старой конструкцией и из-за использования диодов потребляет больше энергии. Большинство используемых в настоящее время DCDC являются синхронными, о которых в этой статье только рассказывается. асинхронный DCDC.

Ниже в качестве примера для иллюстрации связанных концепций используется TPS40200 (асинхронный понижающий DCDC).

Рисунок 4. Схема моделирования TPS40200.

Как видно из картинки выше:

1) D3 – единственный диод Шоттки в асинхронных преобразователях.

2) Эта схема имеет функцию медленного старта.

3) VIN = 8В, VOUT = 3,3В, сопротивление нагрузки R_L = 3,3Ом.

Результаты моделирования показаны на рисунке ниже.

Рисунок 5. Выходное напряжение TPS40200 V(VO) и ток нагрузки I(RL2).

Из приведенных выше результатов моделирования видно, что ток нагрузки I(RL2) всегда >0, поэтому он работает в режиме CCM.

Рисунок 6. Напряжение дросселя TPS40200 V(OUT) и ток нагрузки I(RL2)

Из приведенных выше результатов моделирования видно, что форма сигнала напряжения индуктора V(OUT) представляет собой сигнал прерывателя, а форма сигнала тока индуктора I(RL2) представляет собой пилообразную волну, когда напряжение индуктора V(OUT) внезапно увеличивается. изменяется с низкого значения -0,34 В до высокого значения 7,94 В, поскольку ток индуктора не меняется внезапно, поэтому ток будет постепенно возрастать, когда напряжение индуктора V (OUT) изменяется от высокого значения 7,94 В до; низкое значение -0,34 В, поскольку ток индуктора не будет внезапно меняться, ток будет постепенно уменьшаться. Таким образом, форма сигнала тока индуктора показана ниже.

Рис. 7. Кривая тока нагрузки I(RL2) TPS40200.

На рисунке выше также видно, что ток дросселя в конечном итоге вернется к исходному значению, что можно использовать для проверки эффективности всех топологий переключения.

Рис. 8. Форма сигнала напряжения дросселя TPS40200.

На приведенном выше рисунке можно убедиться, что наклон при повышении тока = напряжение на дросселе при замкнутом переключателе/индуктивность = VON/L = (7,93 В – 3,3 В)/33uH = 140 В/мс; наклон при падении тока = переключатель замкнут. Когда напряжение на индукторе/индуктивность = VOFF/L = (-0,343 В - 3,3 В)/L = -3,643 В/33 мк Гн = -110 В/мс.

Видно, что напряжения на обоих концах индуктора различны. Форма сигнала напряжения вблизи переключателя является прерывающейся, что является узлом переключения, а напряжение вблизи нагрузки является значением выходного напряжения.

Не прокладывайте слишком много меди в узле коммутации, иначе она сформирует эффективное электрическое поле антенны и разнесет вокруг радиальные радиочастотные помехи.

После измерения частота переключения = 300 к Гц.

2. Как перейти с CCM на DCM?

1) Уменьшите ток нагрузки.

2) Уменьшите значение индуктивности L.

При изменении сопротивления нагрузки с 3,3 Ом до 50 Ом измеренная форма сигнала тока дросселя показана на рисунке ниже.

Рис. 9. Ток дросселя, измеренный при изменении сопротивления нагрузки с 3,3 Ом до 50 Ом.

Сравнивая рисунки 7 и 9, видно, что при увеличении сопротивления нагрузки форма сигнала тока дросселя смещается вниз. Выбор подходящего нагрузочного резистора может переключить режим работы с CCM на DCM.

Уменьшите значение индуктивности,Вы также можете переключиться в режим Работа асинхронного DCDC.,Установите значение индуктивности на 3,3 мк Гн.,Сопротивление нагрузки установлено на 3,3 Ом.,Результаты моделирования показаны на рисунке ниже.

Рис. 10. Форма сигнала тока нагрузки I(RL2) TPS40200 (L = 3,3 мк Гн, R_L = 3,3 Ом)

Сравнивая рисунок 7 и рисунок 10, мы видим, что уменьшение значения индуктивности может переключить режим работы асинхронного DCDC с CCM на DCM, а тщательный выбор значения дросселя может переключить режим работы на BCM.

3. Какова связь между пульсациями переменного тока индуктора и номиналом индуктора?

Чем больше значение индуктивности, тем меньше пульсация переменного тока дросселя △I.

Рисунок 11. Форма кривой тока дросселя (значение дросселя L = 33 мк Гн)

Рисунок 12. Форма кривой тока дросселя (значение дросселя L = 330 мк Гн)

Видно, что чем больше значение индуктивности, тем меньше пульсации переменного тока. Но чем больше значение индуктивности, тем больше размер, что является проблемой.

4. Что означает насыщение индуктора?

Причина насыщения индуктора заключается в том, что мгновенное значение тока индуктора пропорционально напряженности магнитного поля внутри магнитопровода. Поэтому, когда ток достигает определенного значения и напряженность магнитного поля внутри индуктора превышает определенное безопасное значение, происходит индуктор будет насыщен. Когда индуктор насыщен, если ток продолжает увеличиваться, через переключающую трубку будет течь неконтролируемый импульсный ток.

Насыщение индуктора означает, что L стремится к 0. Согласно V=Ldi/dt, △I=V/L. Когда L=0, △I стремится к бесконечности, что ставит под угрозу трубку переключения.

Поэтому, установив значение индуктивности равным 1pH, результаты моделирования будут следующими.

Рисунок 13. Форма кривой тока индуктора (значение индуктивности L = 1pH)

Когда значение индуктивности установлено на 1pH, видно, что ток индуктора может превышать 20 А, что может привести к повреждению переключающей трубки. Поэтому при выборе индуктора значение индуктивности должно быть больше, чем маленькое.