벅 레귤레이터에서 더 작은 부하에 더 큰 인덕터가 필요한 이유는 무엇입니까?
답변:
더 이론적 인 설명 :
SMPS의 인덕터를 통과하는 전류는 삼각형과 같습니다. 이 삼각형의 평균 전류는 부하와 같습니다. 피크 대 피크 값은 다양한 입력 및 출력 전압, 스위칭 주파수, 듀티 사이클 및 인덕터에 의해 결정됩니다.
첫 번째 그림은 벅 컨버터를 보여줍니다. 두 번째는 벅 컨버터의 파형을 보여줍니다. 스위치 S, 인덕터 양단 전압 및 인덕터를 통한 전류를 보여줍니다. 스위치가 닫히면 인덕터의 전압은 Vin-Vout입니다. 스위치가 열리면 인덕터 양단의 전압은 -Vout입니다. 다이오드는 이러한 이상으로 가정되며 전압 강하가 없습니다. 벅 컨버터는 Vin> Vout이라는 규칙을 가지고 있으므로 인덕터를 '충전'하는 양의 전압과 인덕터를 '방전'하는 음의 전압이 있습니다. 전류 변화율은이 전압과 인덕턴스에 따라 달라집니다. 안정적인 출력을 원한다면, 업 램프는 다운 램프만큼 '높음'이어야합니다. 그렇지 않으면 평균이 떨어지거나 상승합니다. 평형이 있습니다. 수학에서 이것은 다음과 같습니다.
공식의 첫 번째 용어는 업 램프를 설명하고 두 번째 용어는 다운 램프를 설명합니다. 보시다시피 스위칭 주파수 및 듀티 사이클이 t_on 및 t_off로 단순화되었습니다. 듀티 사이클은 입력 전압에 대한 출력 전압 간의 비율에만 의존합니다. 듀티 사이클은 다양한 부하로 변경되지 않습니다.
업 램프 및 다운 램프 '속도'레벨은 입력 / 출력 전압, 인덕터 값 또는 스위칭 주파수를 변경 한 경우에만 변경됩니다. 스위칭 주파수를 높이면 업 / 다운 램프가 낮아 지지만 스위칭 주파수를 늘릴 수있는 것은 아닙니다 (이미 최대 속도로 작동 중일 수 있음). 입력 / 출력 전압은 일정하게 유지되어야합니다. 인덕터를 늘리면 인덕터를 통한 전류 변화가 감소합니다. 이것이 당신이 사용할 수있는 유일한 도구입니다.
이것이 왜 문제입니까? 글쎄, 내가 본 파형에서 컨버터가 제대로 작동하고 있음을 보여주었습니다. 인덕터를 통한 최소 전류는 0에 도달하지 않습니다. 평균 전류가 너무 낮아 인덕터가 0에 도달하면 어떻게됩니까?
변환기는 불연속 모드로 전환해야합니다. 모든 변환기가이를 수행 할 수있는 것은 아닙니다. 때로는 컨버터가 사이클을 건너 뛰어야합니다. 변환기가 최소 시간 동안 스위치를 열면 특정 양의 에너지가 전송됩니다. 이것은 커패시터에 저장되지만 충분히 빨리 소비되지는 않습니다. 이것은 출력 전압에 영향을 미쳐 컨버터를 불안정하게 만듭니다. 사이클을 건너 뛰면 컨버터는 기본적으로 다른 사이클이 필요하기 전에 출력 전압이 충분히 떨어지기 전에 대기합니다.
높은 인덕터 값은 최소 전류가 평균 전류에 더 가까워져 불연속 작동을 피할 수 있음을 의미합니다. 이것은 또한 데이터 시트를 통해 최소 인덕터를 계산하는 이유를 암시합니다. 항상 더 큰 인덕터를 사용할 수 있지만 더 작은 인덕터는 낮은 부하에서 문제를 일으킬 수 있습니다. 그러나 SMPS가 상황에서 높은 전력을 공급하도록 설계된 경우 인덕터가 너무 부피가 크고 비쌀 수 있습니다.
불연속 모드로 전환 할 수있는 변환기는 이것으로 인해 거의 문제가되지 않으며이 과정을 거칠 필요가 없습니다. MC34063은 상당히 오래되고 일반적인 칩이므로 조금 더 까다 롭습니다.
더 큰 인덕터를 장착 할 수없는 경우 최소 부하를 직접 추가하십시오.
그 반대를 생각하십시오. 더 큰 인덕터는 동일한 전압이인가 될 때 전류가 더 느리게 축적됩니다. 따라서 전류가 많이 필요한 경우 더 작은 전류를 사용하여 전류를 더 빨리 축적하거나 스위치를 더 길게 두어 더 많은 전류를 축적해야합니다.
작은 출력 전류를 들어, 당신은하지 않습니다 필요가 반드시 더 큰 인덕터를. 그러나 스위치를 유지하는 것이 얼마나 짧은 지에 대한 제한이 있으므로 각 스위치 사이클마다 인덕터에 약간의 전류가 축적됩니다. 이 최소 전류는 출력이 덤프 될 때 출력에서 약간의 전압을 증가시킵니다. 따라서 고전류 용으로 설계된 스위칭 전원 공급 장치는 최대 사양이 더 엄격한 출력 리플 전압보다 더 큰 출력 리플 전압을 갖습니다.
출력 리플이 큰 문제가 아닌 경우 주문형 펄스 제어 방식으로 불연속 모드를 사용하고 원하는만큼 평균 전류를 얻을 수 있습니다. 대부분의 SMPS 칩은 고주파를 사용하여 물리적 인덕터 크기를 줄이므로 연속 모드 용으로 설계되었습니다. 그것들은 모든 디자인 트레이드 오프에 들어 가지 않을 것이며, 출력 특성이 무엇을 원하는지에 대한 가정을 할 것입니다. 이것은 일반적으로 낮은 리플과 빠른 과도 응답입니다. 이러한 고려 사항으로 인해 특성이 "좋은"상태가되는 제한된 전류 범위가 있습니다. 가장 높은 전류의 경우를 위해 충분한 파라미터를 선택함으로써 더 낮은 전류 레벨까지 우수한 성능을 제공합니다.
이 칩을 가지고 당신과 비슷한 보트에 있습니다. 내가 이해 한 것 (그리고 위에서 말한 것을 반복하기 위해)에서 인덕터를 통한 피크 대 피크 전류 리플이 항상 0 암페어 이상이되도록 평균 전류를 설정하려고합니다. 평균 전류, 전압 및 스위치 상태가있는 차트를 보면 i_min이 0에 도달하지 않도록해야합니다.이를 달성하기 위해 전류 리플을 줄이면 평균 전류도 낮아질 수 있습니다 .... 0에 접근 .