차지 펌프는 왜 저 전류 애플리케이션에만 사용됩니까?

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일반적으로 SMPS에서 가장 비싸고 구하기 힘든 요소는 인덕터입니다. 따라서 벤치 탑 전원 공급 장치, 고정 고전력 DC-DC 컨버터 (수 암페어 및 수백 와트 전력)와 같은 일반적인 사용 사례에 인덕터리스 스위칭 모드 전원 공급 장치 (예 : 차지 펌프)를 사용할 수 있는지 궁금합니다. ) 등

찾을 수있는 모든 차지 펌프 설계는 저전력 응용 제품을위한 것이 었습니다. 고전력 인덕터가없는 전원 공급 장치를 설계하지 못하는 이유는 무엇입니까? 고유 한 물리적 제한이 있습니까?

— 알리 알라비
소스

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인덕터가 커패시터보다 단위 부피 / 비용 당 더 많은 에너지를 저장할 수 있다고 생각합니다. 가상 전하 펌프에 필요한 커패시터의 크기를 봉투 뒤에서 계산해보십시오.

— pjc50

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해당 커패시터에 대해 현실적인 ESR (직렬 저항)을 포함 시켰습니까? 시뮬레이터는 종이와 같습니다. 어떤 작업이든 작동하지 않을 수 있습니다 ;-)

— Bimpelrekkie

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올바르게 구축 된 스위칭 전원 공급 장치에는 PCB가 필요하며 PCB는 설계해야하기 때문에 가장 비싸고 구하기 힘든 품목 일 수 있습니다!

— Andy 일명

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@Andyaka PCB는 가장 비싸지도 않고 물건을 얻기가 가장 어렵지 않습니다.

— Ali Alavi 2019

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10A를 공급하는 10uF 커패시터는 마이크로 초당 1V를 떨어 뜨립니다. 50Khz 스위칭 주파수에서 100 % 리플을 볼 수 있습니다.

— supercat

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당신의 생각에는 두 가지 문제가 있습니다. 실용적이고 기본입니다.

실제 문제는 저장된 에너지 캐패시터의 양당 인덕터보다 비싸고, 실제로 고용량 캐패시터 (전해) 시대보다 비싸다는 것이다.

근본적인 문제는 전압 소스에서 커패시터를 충전하는 것이 근본적으로 손실된다는 것입니다 (열을 분산시킵니다). 이것은 반 직관적으로 보일 수 있지만 그럼에도 불구하고 사실입니다. (이전에 몇 가지 질문이있었습니다.) 따라서 플라잉 커패시터 전압 변환기는 이상적인 변환기 일지라도 본질적으로 비효율적입니다. 이상적인 인덕터 기반 전압 변환기는 100 % 효율적입니다.

세계가 커패시터에 공평하지 않다는 것이 이상하다고 생각할 수도 있지만 이것이 바로 우리의 인적 잘못입니다. 우리는 대부분 전압원에서 전력을 공급합니다. 전류 소스의 경우 반대의 경우가 있습니다. 플라잉 커패시터의 이상적인 전류 변환기는 100 % 효율적일 수 있지만 인덕터의 변환기는 손실이 있어야합니다.

— Wouter van Ooijen
소스

감사. 커패시터가 인덕터보다 비싸다는 사실에 주목할 수 없습니다 (SMPS 설정에서). 내 경험은 적어도 적은 양의 경우 약간의 계산을 수행하고 특정 코어와 와이어를 구입하고 코어 주위에 와이어를 감아 야한다는 것입니다. 시간이 많이 걸립니다. 커패시터가있는 동안 나는 기성품을 구입합니다. 반면에, 나는 SMPS 도메인의 절대 초보자이므로 아마도 더 좋은 방법이있을 것입니다.

— Ali Alavi

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기성품 인덕터를 구입할 수 있습니다! 그러나 두 번째 점에주의하십시오 : 커패시터 기반 전압 변환기는 본질적으로 손실입니다. 그 주위에 방법이 없습니다.

— Wouter van Ooijen

내가 본질적으로 같은 말을 한 것 같습니다. 나중에. 죄송합니다.

— Spehro Pefhany

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허, 멋지다 (+1이 도처에있다.) 이것이 이전의 질문인가? electronics.stackexchange.com/questions/54992/... . 캡과 전압 소스에 대해 알고 있었지만 실제로는 생각하지 않았습니다!

— George Herold

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@Agent_L 오, 저는 여러분의 주장을 뒷받침하기위한 참고서가 아니라 수동으로 인덕터를 사용자 정의하는 방법에 대한 자세한 내용을 언급했습니다. :)

— Ali Alavi

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소스와 출력이 정전류 인 경우 커패시터가 더 좋습니다. 전압이 특정 수준으로 상승 할 때까지 커패시터를 충전 한 다음 일정한 출력 전류를 유지하기 위해 커패시터를 부하 임피던스로 방전 할 수 있습니다. 출력 전류를 일정하게 유지하기 위해 큰 인덕터를 출력 필터로 사용합니다.

소스는 정전압이며 일반적으로 정 출력 전압을 원하므로 인덕터를 사용하여 에너지를 저장하고 커패시터를 필터링하면 더 적합합니다.

모든 효율적인 스위칭 공급 장치에는 커패시터와 인덕터 가 모두 있습니다.

예, 전하 펌프 (플라잉 커패시터)는 전압을 가져 와서 움직일 수 있고 뒤집거나 정수 등으로 곱할 수 있지만 저항 스위치를 통해 커패시터를 충전하거나 방전 할 때마다 커패시터의 에너지 변화의 일부를 잃습니다. 스위치 자체에서-더 큰 전압 변화는 더 많은 손실을 의미합니다. 더 낮은 저항 스위치는 주어진 전압 변화에 대해 손실 된 에너지가 더 작은 시간 조각으로 압축되어 전체가 일정하게 유지됨을 의미합니다.

— 페페 페니
소스

"저항성 스위치를 통해 커패시터를 충전 또는 방전 할 때마다 스위치 자체의 커패시터 에너지 변화의 절반이 손실됩니다." 매번 커패시터를 완전히 충전 및 방전하는 경우에도 마찬가지입니다. 부분적으로 만 방전하면 더 잘 할 수 있습니다.

— 피터 그린

@PeterGreen "에너지 변화"는 총 에너지가 아닙니다.

— Spehro Pefhany 18시 06 분

1 패럿 커패시터는 5V에서 시작하고 6V 소스의 저항을 통해 6V로 충전된다고 가정 해 봅시다. 커패시터의 에너지 = 0.5 * 1 * 5 * 5 = 12.5. = 0.5 * 1 * 6 * 6 = 18 이후 커패시터의 에너지. 커패시터에 추가 된 에너지 = 18-12.5 = 5.5. 공급에서 얻은 에너지 = (6-5) * 1 * 6 = 6. 커패시터에 5.5 줄의 에너지를 추가하기 위해 0.5 줄의 에너지 만 손실됩니다.

— 피터 그린

저항을 통해 커패시터를 0에서 최대로 충전 할 때 실제로 에너지의 절반을 잃지 만 에너지 손실 대 에너지 손실의 비율은 일정하지 않습니다. 충전의 초기 단계는 매우 손실이 많고 후기 단계는 매우 효율적입니다.

— 피터 그린

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"전압이 일정 수준까지 상승 할 때까지 커패시터를 충전 한 다음 일정한 출력 전류를 유지하기 위해 커패시터를 부하 임피던스로 방전 할 수있다." - 결과적으로 이것은 입력에 추가 커패시터가있는 벅 컨버터 일뿐 입니다.

— user253751

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서로 다른 전압을 가진 두 개의 커패시터 또는 일련의 커패시터가 함께 연결된 경우, 그 전하는 평균적으로 저장된 에너지의 양을 줄입니다. 이들이 인덕터를 사용하여 연결된 경우, 초과 에너지는 해당 인덕터로 전달되어 나중에 유용한 목적으로 사용될 수 있습니다. 연결이 순전히 저항 인 경우 에너지는 100 % 열로 변환됩니다. 저항을 최소화해도 에너지 손실이 줄어들지 않습니다. 단지 발생하는 데 걸리는 시간을 줄일뿐입니다.

결과적으로, 차지 펌프의 효율을 높이기 위해서는 커패시터의 전압이 그다지 변하지 않을 정도로 커야한다. 차지 펌프가 많은 에너지를 전달할 필요가없는 경우, 출력에 선형 레귤레이터를 사용하고 최악의 리플 조건에서 출력 전압이 여전히 레귤레이션을 유지하기에 충분히 높을 정도로 전압을 높일 수 있지만 부하 전압과 부스트 비율에 대한 소스 전압의 비율에 의해 제한됩니다.

— 슈퍼 캣
소스

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차지 펌프에는 몇 가지 문제가 있습니다.

그들은 효율성과 전압 조정을 동시에 제공 할 수 없습니다. 입력 전압 변동 및 부하 변동 중에 일정하게 유지되도록 출력 전압을 조정하는 유일한 방법은 고의적 인 비 효율성을 도입하는 것입니다.
사이클의 충전 및 방전 부분에서 전류는 두 개의 스위칭 소자 (다이오드 또는 트랜지스터)를 통과해야합니다 (벅 또는 부스트 컨버터의 경우 한 번에 하나의 스위칭 소자 만 통과하면 됨).
효율은 원하는 입력 대 출력 전압 비율에 따라 크게 달라집니다. 1.5x 전압 변환기를 사용하려면 복잡한 다단계 배열을 사용하거나 2x 변환기를 만들어 고의적으로 비효율적 인 모드로 실행해야합니다.

— 피터 그린
소스

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요점 3을 보면, 복잡성을 추가하지 않고도 모든 정수 비율을 효율적으로 사용할 수 있습니다. 1.5 배의 경우, 2 개의 직렬 연결로 캡을 충전하고 (각각 0.5 배의 공급 전압 참조) 3 개의 직렬로 방전하십시오.

— Nate S.