Omkopplingsregulatorer omvandlar ingångsspänningen till en högre eller lägre utspänning, för vilken en induktor används för att tillfälligt lagra elektrisk energi. Storleken på induktorn beror på omkopplingsfrekvensen för omkopplingsregulatorn och den förväntade strömmen som flyter genom kretsen, så hur väljer jag rätt induktorvärde? Induktorvärdet kan bestämmas med hjälp av en vanlig formel som inkluderar induktorströmsrippeln.
I de flesta datablad för omkoppling av regulatorer, såväl som i de flesta applikationsnoteringar och andra förklarande texter, rekommenderas induktorströmsrippeln att vara på 30 procent av nominell belastningsdrift. Detta innebär att induktorströmstopparna och induktorströmdalarna är 15 procent högre respektive 15 procent lägre än medelströmmen vid den nominella belastningsströmmen. Varför kan det anses vara en bra kompromiss att välja 30 procent induktorströmsrippel eller strömrippelförhållande (CR)?
För buck-omvandlare, som den som visas i figur 1, gäller ekvation 1:
Figur 1. motsvarande induktorströmsrippel vid användning av en buck-omvandlare.
Den här formeln beräknar den erforderliga induktansen för en buck-omvandlare baserat på det aktuella rippelförhållandet CR, L. Detta förhållande anges vanligtvis som 0.3, eller 30 procent topp-till-topp-rippel. I denna formel representerar D arbetscykeln och T representerar cykeltiden, beroende på respektive kopplingsfrekvens.
Vad händer när du använder en annan induktorströmrippel?
I figur 2 representerar den röda linjen kretsens induktorströmsrippel (strömrippelförhållande (CR) på 30 procent med en utström på 3 A. Detta är ett vanligt kompromissval vid växling av regulatorkretsdesign. Den blå vågformen motsvarar en induktor strömrippel på 133 procent och den gröna vågformen motsvarar en induktorströmsrippel på 7 procent.
Fig. 2. Induktorströmsrippel (röd), liten induktorströmsrippel (blå) och stor induktorströmsrippel (grön) för ett rippelströmförhållande på 30 procent vid nominell belastning.
Figur 3 visar samma krets som körs med en partiell nominell belastning som utströmmen (t.ex. 1A). Vid hög induktorströmsrippel, som visas av den blå vågformen i fig. 3, kommer induktorn att laddas ur helt vid varje cykel. Detta läge kallas diskontinuerligt ledningsläge (DCM). I detta läge ändras stabiliteten hos reglerslingan och kan ge högre utspänningsrippel.
Fig. 3. Induktorströmsrippel (röd), liten induktorströmsrippel (blå) och stor induktorströmsrippel (grön) med ett rippelströmförhållande på 30 procent vid dellast.
Så ett visst rippelströmförhållande måste användas för att undvika DCM. en bra kompromiss erhålls vid ett rippelströmförhållande på 30 procent. Om rippelströmförhållandet är lågt kommer systemet att arbeta i kontinuerlig strömledningsläge för det mesta, även vid delbelastning. Så genom att optimera kretsen är det möjligt att arbeta i detta läge.
Vad händer om jag väljer ett rippelströmförhållande som är för högt?
Ripple strömförhållanden över 30 procent resulterar i mindre induktorstorlekar och lägre kostnader. Toppströmmarna är dock betydligt högre och genererar en stor mängd elektromagnetisk störning (EMI), mycket högre än vad typiska kretsar kan acceptera. Dessutom, för att använda kontinuerligt ledningsläge (CCM), måste belastningsströmmen vara ännu högre. Detta är ännu inte ett problem, men driftsegenskaperna ändras i detta läge och detta måste beaktas vid utformningen av kretsen.
Dessutom resulterar en högre utspänning från en lägre induktorströmrippel jämfört med en lägre induktorströmsrippel.
Vad händer om jag väljer ett rippelströmförhållande som är för lågt?
Ripple strömförhållanden under 30 procent resulterar i större induktorstorlekar och högre kostnader. På grund av den stora storleken på energilagringsanordningen blir belastningstransientsvaret något lägre. Till exempel, när man snabbt kopplar bort en hög belastningsström måste den kraft som lagras i induktorn överföras någonstans. Detta gör att spänningen över utgångskondensatorn (COUT) stiger. Ju mer elektrisk energi i induktorn, desto högre utspänning. Överspänning kan skada matningskretsen.
Efter att ha vägt fördelarna och nackdelarna med olika induktorströmsrippelförhållanden har vi funnit att för de flesta tillämpningar är ett strömrippelförhållande på cirka 30 procent eller så mer lämpligt. Det är dock i vissa fall möjligt att avvika från detta, så länge resultaten är acceptabla.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., grundat 2010, är en professionell tillverkare specialiserad på SMT pick and place-maskin, reflow-ugn, stenciltryckmaskin, SMT-produktionslinje och andra SMT-produkter.
Etablerat 2010 med 100 plus anställda & 8000 plus kvm. fabrik av oberoende äganderätter, för att säkerställa standardförvaltningen och uppnå de mest ekonomiska effekterna samt spara kostnader.
Ägde det egna bearbetningscentret, skicklig montör, testare och QC-ingenjörer, för att säkerställa de starka förmågorna för NeoDen-maskiners tillverkning, kvalitet och leverans.
40 plus globala partners täckta i Asien, Europa, Amerika, Oceanien och Afrika, för att framgångsrikt betjäna 10 000 plus användare i hela världen, för att säkerställa bättre och snabbare lokal service och snabba svar.