Frekuensi Pemindahan Minimum dalam Meningkatkan Konverter

Mengapa mengganti frekuensi untuk meningkatkan konverter di atas kisaran 100kHz?

Jika saya mengerti dengan benar, karena frekuensi meningkat dari 100kHz ke atas, arus riak yang dibuat dari induktor berkurang, perubahan arus dari waktu ke waktu berkurang di induktor, dan komponen bisa lebih kecil karena mereka tidak harus berurusan dengan yang lebih besar ( relatif) arus. Namun, mereka diimbangi dengan penurunan efisiensi dari beralih kerugian di MOSFET, serta kerugian dari inti induktor.

Jadi, mengingat Anda dapat meningkatkan efisiensi dengan mengurangi frekuensi, mengapa frekuensi switching tidak terjadi pada rentang yang lebih rendah; kisaran 100Hz-10kHz, misalnya? Apakah perubahan arus yang harus dihadapi induktor terlalu tinggi dan kerugian resistif kabel induktor mulai mendominasi sebagai sumber utama hilangnya daya?

Mengapa mengganti frekuensi untuk meningkatkan konverter di atas kisaran 100kHz?

Konverter boost yang kuat dapat beroperasi dalam rentang kHz rendah / sedang dan mungkin melakukannya karena transistor daya yang digunakan pada dasarnya adalah perangkat yang lambat. Caranya adalah beroperasi pada frekuensi di mana kerugian statis kira-kira sama dengan kehilangan dinamis.

Jika saya mengerti dengan benar, karena frekuensi meningkat dari 100kHz ke atas, arus riak yang dibuat dari induktor berkurang, perubahan arus dari waktu ke waktu berkurang di induktor, dan komponen bisa lebih kecil karena mereka tidak harus berurusan dengan yang lebih besar ( relatif) arus.

Arus riak mengatur pemandangan untuk berapa banyak energi yang disimpan oleh induktor dan diberikan ke kapasitor secara siklikal. Pada frekuensi yang lebih tinggi, transfer ini dilakukan lebih banyak per detik maka dari itu, untuk daya yang sama dikirim ke beban, arus riak bisa lebih kecil tetapi ini tidak cukup memberikan daya yang sama (energi sebanding dengan kuadrat saat ini) sehingga induktansi memiliki harus dikurangi dan ini meningkatkan arus riak. Jika Anda mencoba dan mempertimbangkan kemungkinan menjalankan mode konduksi terputus-putus atau kontinu, maka itu tidak sejelas yang Anda bayangkan.

Komponen bisa lebih kecil, ya.

Namun, mereka diimbangi dengan penurunan efisiensi dari beralih kerugian di MOSFET, serta kerugian dari inti induktor.

Iya dan tidak. Switching losses memang meningkat tetapi beberapa core loss berkurang seperti saturasi. Namun, kerugian arus eddy (biasanya lebih kecil dari saturasi inti) akan cenderung meningkat dan itulah sebabnya Anda melihat perkembangan signifikan dalam membuat core cocok untuk beralih di atas 1 MHz.

Jadi, mengingat Anda dapat meningkatkan efisiensi dengan mengurangi frekuensi, mengapa frekuensi switching tidak terjadi pada rentang yang lebih rendah; kisaran 100Hz-10kHz, misalnya?

Pada frekuensi rendah saturasi induktor adalah faktor besar - menurunkan frekuensi dan kehilangan saturasi dapat tiba-tiba meroket. Jika Anda menjaga keseimbangan antara kerugian dinamis dan statis pada MOSFET Anda, hal itu biasanya merupakan frekuensi terbaik untuk dituju (seperti yang disebutkan di awal).

Apakah perubahan arus yang harus dihadapi induktor terlalu tinggi dan kerugian resistif kabel induktor mulai mendominasi sebagai sumber utama hilangnya daya?

Frekuensi yang lebih rendah berarti lebih sedikit energi yang ditransfer per detik dan ini berarti Anda harus berlari pada arus yang lebih tinggi (untuk daya yang sama keluar) tetapi jangan terobsesi dengan hal ini. Menjalankan CCM (mode konduksi kontinu) berarti arus riak bisa sangat kecil untuk mentransfer energi yang sama.

Dua alasan ...

1. Frekuensi yang lebih tinggi berarti Anda dapat menggunakan komponen yang lebih kecil, lebih murah dan lebih ringan.

2. Di bawah frekuensi tertentu (sekitar 50KHz) suara bising dihasilkan. Pada ujung yang lebih tinggi itu akan membuat kacang hewan peliharaan Anda, lebih rendah itu akan membuat Anda dan pengguna kacang Anda.

Triknya adalah mencapai keseimbangan. Jadikan frekuensi cukup tinggi untuk membatasi biaya sementara cukup rendah untuk dapat menemukan sakelar yang sesuai yang tidak terlalu rugi.

Ada juga trade-off lainnya. Frekuensi yang lebih rendah berarti lebih banyak riak yang perlu Anda hadapi, tetapi sekali lagi frekuensi tinggi berarti lebih banyak noise EMI.

Mendapatkan keseimbangan yang tepat adalah sedikit seni.

Ada banyak faktor berbeda yang menentukan pilihan frekuensi switching untuk konverter apa pun. Salah satunya adalah magnet dan ukuran kapasitor yang cenderung berkurang seiring meningkatnya frekuensi. Jika frekuensinya lebih rendah, tidak hanya komponen-komponen ini menjadi lebih besar tetapi Anda juga akan menderita noise akustik ketika Anda memasuki rentang audio. Faktor penting kedua adalah efisiensi. Jika Anda beralih secara permanen pada 100 kHz dalam kondisi beban ringan, penggantian kerugian akan mempengaruhi efisiensi waktu besar. Akibatnya, banyak konverter dc-dc saat ini menerapkan apa yang disebut mode foldback frekuensi yang mengurangi frekuensi switching karena arus beban menjadi lebih ringan. Ini meningkatkan efisiensi banyak. Pengendali biasanya berhenti melipat di atas 20 kHz untuk alasan kebisingan akustik dan memasuki siklus lompatan jika arus beban semakin turun.

$f_c$$F_{sw}$$F_{sw}$$L$$V_{out}$$\omega_z=\frac{{R_L}(1-D)^2}{L}$$L$$F_{sw}$

$H_2$$H_3$sudah lebih rendah) daripada dengan fundamental pada daya penuh jika Anda beralih pada 200 kHz. Semoga ini tidak terlalu bertele-tele! :)