Hvad skal man overveje i forbindelse med skiftefrekvens

Switch-mode strømforsyninger skifter med en frekvens, der enten er fast, justerbar eller synkroniseret med et eksternt ur. Værdien af ​​koblingsfrekvensen bestemmer den fysiske størrelse og følgelig prisen på en forsynings kondensatorer og induktorer. Der er en tendens til højere koblingsfrekvenser for at give mulighed for design af kompakte og billige kredsløb. De indbyggede oscillatorer i switching regulator IC'er er normalt specificeret for meget brede frekvensområder i deres datablade. For eksempel har den monolitiske ADP2386 buck-konverter IC en garanti på ±10% af den indstillede koblingsfrekvens. Andre almindelige switching regulator IC'er er specificeret til ±20% eller endnu mere. Et ADP2386-sæt med en RT til en koblingsfrekvens på 600 kHz kan skifte ved 540 kHz og ved 660 kHz i ekstreme tilfælde, givet ±10 % komponentvariation i koblingsfrekvensen for ADP2386. Figur 1. En ADP2386 buck-konverter med koblingsfrekvens indstillet med modstand RT. Denne mulige skiftefrekvensvariation på 20 % i alt skal tages i betragtning, når et kredsløb designes, fordi spidsstrømmene over induktoren varierer afhængigt af den faktiske omkoblingsfrekvens. Som en konsekvens heraf har induktorstrømmens rippel en direkte effekt på udgangsspændingsrippelen. Figur 2 viser effekten af ​​omskiftningsfrekvensen på induktorstrømmens rippel. Den nominelle koblingsfrekvens på 600 kHz er vist i blåt. Den mindste (540 kHz) skiftefrekvens vises i lilla og den maksimale (660 kHz) i grønt. Ved en nominel indstilling på 600 kHz ser vi en peak-to-peak strømrippel på 1.27 A, når regulatoren skifter ved 540 kHz. Men med samme frekvensindstilling på 600 kHz kan en koblingsregulator også skifte ved 660 kHz, hvilket svarer til en strømrippel på 1.05 A. I dette eksempel kan der opstå en spolestrømsrippelforskel på 220 mA på grund af variationen i skiftefrekvens fra komponent til komponent i et kredsløb. Dette er over hele det tilladte temperaturområde. Figur 2. Spolestrøm ripple peak til peak påvirket af skiftefrekvensvariation. Indstillingen af ​​strømgrænsen for en koblingsregulator skal koordineres med denne effekt. Spidsstrømmene skal være lave nok til at sikre, at enhver eksisterende overstrømsbeskyttelse ikke aktiveres under normal drift. Bemærk, alle andre variationer, der også kunne forekomme, såsom variationer i induktor- og kondensatorværdier, blev ikke taget i betragtning i dette eksempel. For udgangsspændingsripplet giver den tilsvarende ændring i strømrippel værdierne vist i figur 3. Kredsløbet er konstrueret således, at der opstår en spændingsrippel på 4.41 mV ved en koblingsfrekvens på 600 kHz. For en koblingsfrekvens på 540 kHz er spændingsrippelen 5.45 mV; ved 660 kHz ses en spændingsrippel på 3.66 mV. Figur 3. Ændringer i udgangsspændingsrippel på grund af skiftefrekvensvariation i en switch mode regulator IC. I forbindelse med dette eksempel er den eneste komponentvariation, der tages i betragtning, koblingsfrekvensen over det tilladte temperaturområde. I praksis er der mange andre variabler, såsom variationer i de reelle værdier af induktoren og kondensatorerne. Disse påvirkes også af driftstemperaturen. Det kan dog også antages, at den faktiske variation i koblingsfrekvensen i de fleste tilfælde ikke når grænseværdierne på ±10 %. Normalt vil adfærden vises omkring den typiske værdi i midten af ​​det angivne område. For en systematisk overvejelse af alle dynamiske variable i en strømforsyning giver en Monte Carlo-analyse svar. Her er variationerne af forskellige komponenter og variable parametre vægtet efter deres sandsynligheder for forekomst og knyttet til hinanden. Monte Carlo-analyser kan udføres med den frit tilgængelige LTspice®-simuleringssoftware fra Analog Devices. For mere information om, hvordan man varierer parametre i en LTspice-simulering, se venligst artiklen "Worst-Case Circuit Analysis with Minimal Simulation Runs" af Gabino Alonso og Joseph Spencer.

Læg en besked 

Message List