Cómo los convertidores de buck síncronos continúan funcionando en condiciones de carga liviana

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simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

A todos los efectos, asumamos esta etapa de potencia básica de un diseño de sincronización síncrona anterior. Asumamos también una condición operativa de estado estable.

Cuando está en estado estable, se puede mostrar que una parte de la corriente del inductor en este circuito en particular es negativa. Mi pregunta es: dada esta condición de "carga ligera", y dado un IC de unidad de compuerta que no tiene en cuenta ningún tipo de salto de impulsos, emulación de diodo, etc., ¿cómo se puede suministrar una corriente constante de ~ 33mA cuando el SW2 está "cerrado"? y SW1 "abrir"?

Mis pensamientos iniciales son que C1 está suministrando la energía necesaria para mantener la carga ~ 33mA. Dado que


Podemosestimarlacantidaddecargatotalqueelcapacitorhaalmacenado.Pero,¿cuántotiempopuedeesecapacitorsuministrarenergíaalacarga"R1" antes de que se reinicie el ciclo de conmutación? ¿No fluye la carga de C1 a GND a través de SW2 también?

Soy consciente de que hay una ondulación asociada con estos valores; sin embargo, en un intento de simplificar el asunto, los he dejado de lado. Solo estoy tratando de entender mejor la corriente de carga dadas las condiciones de "carga ligera" mencionadas anteriormente. Gracias por la ayuda.

    
pregunta ajlanter

3 respuestas

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Deberías leer algunas notas de la aplicación en los reguladores Buck.

El punto de partida para un regulador de dólar es a menudo el inductor. Una ecuación clave para el estado estable de un buck síncrono es que Vout = D * Vin, donde D es el ciclo de trabajo (porcentaje de tiempo alto del nodo de conmutación).

La frecuencia de conmutación / ciclo de trabajo le proporciona la duración del pulso alto. Llamemos a esto tiempo alto, Thi.

La corriente de rizado en el inductor se determina utilizando V = L * (di / dt).

V es el voltaje a través del inductor cuando el nodo del interruptor es alto (Vin-Vout). L es el valor del inductor. dt es thi. Y di es la corriente de rizado que estamos resolviendo.

di = (Vin-Vout) * Thi / L

Si la ondulación es menos del doble de la corriente de carga, la corriente del inductor nunca se invertirá. En su caso, si la corriente de rizado es inferior a 66 mA, la corriente del inductor nunca se invertirá. Si la corriente de rizado es más de 66 mA, entonces eventualmente se revertirá. Pero en un regulador de dólar sincrónico, la inversión de corriente no necesariamente causará ningún problema (dependiendo del esquema de regulación utilizado). Se podría decir que este no será un modo de operación eficiente, y eso es cierto. Así que los reguladores típicos harán algo cuando esto suceda para intentar ganar algo de eficiencia.

Una cosa que me gustaría señalar es que un buck síncrono, dependiendo del algoritmo de control, es potencialmente estable y capaz de mantener la regulación de voltaje de salida incluso cuando la corriente de carga es negativa (fluye de la carga a buck, en lugar de a carga). Y en esta condición, la ecuación del ciclo de trabajo en estado estable es exactamente la misma. Vout = D * Vin.

En este caso, la corriente promedio del inductor estará en la dirección inversa. Obviamente, si la corriente fluye EN Vin, es esencial que Vin pueda acomodar esa corriente o, de lo contrario, la tensión comenzará a subir.

El otro punto que vale la pena mencionar es que cuando la carga es constante, la tensión de salida de un dólar siempre converge en Vin * D, incluso si no hay retroalimentación de tensión de salida. Si cambia la corriente de carga, puede haber una respuesta muy indeseable (timbre y rebasamiento o falta de intensidad) pero eventualmente convergerá en Vin * D.

El capacitor de salida debe ser lo suficientemente grande para reducir el voltaje de rizado de salida a un nivel razonable. De lo contrario, ninguno de los análisis anteriores se aplicará necesariamente. Sin embargo, no voy a pasar por eso.

    
respondido por el mkeith
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Cada vez más, los IC de control de PWM implementan una técnica de "robo de impulsos" mediante la cual comienzan a cortar los impulsos a los MOSFET en una escala basada en la ligereza de la carga.

En otras palabras, cortará tantos impulsos (no consecutivos) como sea necesario para mantener estable el voltaje de salida.

Esto tiene un efecto secundario negativo, y es que si los capacitores de derivación no son lo suficientemente grandes para llenar los huecos entre los pulsos, entonces la salida comienza a pulsarse, en forma de ondulación.

Sin embargo, suponiendo que el capacitor de bypass sea lo suficientemente grande, entonces estas son soluciones ideales para dispositivos de micro alimentación que pueden necesitar solo uA para estar inactivo o en reposo, luego muchos mA cuando se activan.

Este IC realiza el robo de pulsos según sea necesario.

Este enlace ofrece algunos detalles sobre el robo de pulsos.

    
respondido por el Sparky256
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Los dos interruptores (y su respectivo ciclo de trabajo) generan una onda cuadrada cuyo valor promedio es el que se requiere en la salida. Si desea 3.3 voltios en la salida, para hacer una onda cuadrada con un valor promedio de 3.3 voltios, dado que el voltaje de entrada de CC es de 12 voltios, necesita un ciclo de trabajo de 0.275

es decir, \ $ \ dfrac {3.3} {12} \ $.

La L & C forma un filtro de paso bajo y convierte esta onda cuadrada (valor promedio de 3.3 voltios) en un constante de 3.3 voltios (con una pequeña cantidad de ondulación).

  

Cómo los convertidores reductores síncronos continúan funcionando en carga ligera   condiciones

Un convertidor reductor síncrono como este producirá el voltaje correcto independientemente de la corriente de carga e, incluso si la corriente de carga es bastante alta, siempre que los MOSFET utilizados para la conmutación tengan una resistencia de activación baja, el Vout se mantendrá prácticamente sin cambios.

    
respondido por el Andy aka

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