Vad du bör tänka på när det gäller växlingsfrekvens

Switch-mode strömförsörjning växlar med en frekvens som antingen är fast, justerbar eller synkroniserad med en extern klocka. Värdet på omkopplingsfrekvensen bestämmer den fysiska storleken och följaktligen kostnaden för en strömförsörjningskondensatorer och induktorer. Det finns en trend mot högre omkopplingsfrekvenser för att möjliggöra design av kompakta och billiga kretsar. De inbyggda oscillatorerna i switchande regulator-IC:er är vanligtvis specificerade för mycket breda frekvensområden i deras datablad. Till exempel har den monolitiska ADP2386 buck-omvandlaren IC en garanti på ±10% av den inställda omkopplingsfrekvensen. Andra vanliga switchade regulator-IC är specificerade för ±20 % eller ännu mer. En ADP2386-uppsättning med en RT till en växlingsfrekvens på 600 kHz kan växla vid 540 kHz och vid 660 kHz i extrema fall, givet ±10 % komponentvariation i växlingsfrekvensen hos ADP2386. Figur 1. En ADP2386 buck-omvandlare med dess switchfrekvens inställd med resistor RT. Denna möjliga kopplingsfrekvensvariation på totalt 20 % måste beaktas vid design av en krets eftersom toppströmmarna över induktorn skiljer sig beroende på den faktiska kopplingsfrekvensen. Som en konsekvens har induktorströmsrippeln en direkt effekt på utspänningsrippeln. Figur 2 visar omkopplingsfrekvensens effekt på induktorströmkransen. Den nominella kopplingsfrekvensen på 600 kHz visas i blått. Den lägsta (540 kHz) omkopplingsfrekvensen visas i lila och den maximala (660 kHz) i grönt. Vid en nominell inställning på 600 kHz ser vi ett topp-till-topp strömrippel på 1.27 A när regulatorn växlar vid 540 kHz. Men med samma frekvensinställning på 600 kHz kan en switchande regulator även växla vid 660 kHz, vilket motsvarar en strömrippel på 1.05 A. I detta exempel kan en spolströmsrippelskillnad på 220 mA uppstå på grund av variationen i växlingsfrekvens från komponent till komponent i en krets. Detta är över hela det tillåtna temperaturområdet. Figur 2. Spoleström rippel topp till topp påverkad av omkopplingsfrekvensvariation. Inställningen av strömgränsen för en kopplingsregulator måste koordineras med denna effekt. Toppströmmarna måste vara tillräckligt låga för att säkerställa att eventuellt befintligt överströmsskydd inte aktiveras under normal drift. Observera att alla andra variationer som också kan uppstå, såsom variationer i induktor- och kondensatorvärden, inte beaktades i detta exempel. För utspänningsrippeln ger motsvarande förändring i strömrippel värdena som visas i figur 3. Kretsen är konstruerad så att ett spänningsrippel på 4.41 mV uppstår vid en omkopplingsfrekvens på 600 kHz. För en omkopplingsfrekvens på 540 kHz är spänningsrippeln 5.45 mV; vid 660 kHz kan en spänningsrippel på 3.66 mV ses. Figur 3. Ändringar i utspänningsrippel på grund av växlingsfrekvensvariation i en switchmoderegulator IC. För detta exempel är den enda komponentvariationen som beaktas växlingsfrekvensen över det tillåtna temperaturområdet. I praktiken finns det många andra variabler, till exempel variationer i induktorns och kondensatorernas verkliga värden. Dessa påverkas också av driftstemperaturen. Det kan dock också antas att den faktiska variationen i kopplingsfrekvensen i de flesta fall inte når gränsvärdena ±10 %. Normalt kommer beteendet att visas runt det typiska värdet i mitten av det angivna intervallet. För ett systematiskt övervägande av alla dynamiska variabler i en strömförsörjning ger en Monte Carlo-analys svar. Här viktas variationerna av olika komponenter och variabla parametrar efter deras sannolikheter att inträffa och kopplas till varandra. Monte Carlo-analyser kan utföras med den gratis tillgängliga simuleringsmjukvaran LTspice® från Analog Devices. För mer information om hur man varierar parametrar i en LTspice-simulering, se artikeln "Worst-Case Circuit Analysis with Minimal Simulation Runs" av Gabino Alonso och Joseph Spencer.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC