Dlaczego taktujemy konwertery Buck?

11

Przepraszam, jeśli już o to pytano, ale nie mogłem łatwo znaleźć odpowiedzi.

Tak więc - wszyscy znamy podstawową konstrukcję konwertera buck: PWM z zamkniętą pętlą zegarową w filtrze dolnoprzepustowym.

Ale moje pytanie brzmi ... Czy taktowanie jest konieczne? Czy ktoś mógłby zrobić konwerter buck, zamykając przełącznik, gdy napięcie wyjściowe osiągnie pewien „niski poziom”, a następnie otwierając przełącznik, gdy napięcie wyjściowe osiągnie pewien „wysoki poziom”?

Zasadniczo więc odblokowana pętla sprzężenia zwrotnego z histerezą, aby zapobiec dzwonieniu.

coś_clever
źródło
5
Takie rzeczy istnieją. Możesz znaleźć w Google „histeretyczny konwerter złotówki”, a nawet znaleźć interesujące informacje na ten temat. Częstotliwość przełączania histeretycznego konwertera buck jest zależna od obciążenia, a czasem jest to problem. montefiore.ulg.ac.be/~geuzaine/ELEC0055/…
mkeith,
2
@mkeith Wow dziękuję za informację. Próbowałem go szukać, ale zaskakująco nazywając go „konwerterem histeretycznym buck” nigdy tak naprawdę nie przyszło mi do głowy. Wydaje się to takie proste, kiedy to mówisz. Nie mogę się doczekać, aby przeczytać opublikowany artykuł ... Wygląda bardzo interesująco!
something_clever
3
Ten plik PDF autorstwa @mkeith jest bardzo dobry na wady takiego systemu: wymaga tętnienia wyjściowego. Ponadto nadal z natury oscyluje, tylko przy zmiennej nieprzewidywalnej częstotliwości iz różnych powodów (EMI itp.) Może być lepiej mieć stałą częstotliwość. Dlaczego w ogóle chcesz pozbyć się taktowania?
pjc50,
1
@ pjc50 Będę musiał dać gazecie mkeith lepsze spojrzenie, kiedy będę miał czas później wieczorem, aby zrozumieć, co masz na myśli, wymagając tętnienia wyjściowego. To nie jest tak dużo, że mam zamiar rzeczywiście spróbować i zrobić to ... Chciałem zrozumieć powody, dla których wszyscy wybrać zegar zamiast opartych na bazie histerezy
something_clever
4
Opowiedz mi o LOOM.
hobbs

Odpowiedzi:

11

Dostępnych jest wiele histerycznych lub zmodyfikowanych histerycznych konwerterów buck. Na przykład spójrz na konwertery stałego czasu DCI firmy TI:

TPS53355

Lub bardziej konwencjonalny prawdziwy histeryczny konwerter złotówki:

LM3485

Hysteryczne konwertery buck faktycznie wymagają pewnej minimalnej ESR w pokrywach wyjściowych dla stabilności, więc zwykle nie działają dobrze z ceramicznymi kondensatorami wyjściowymi. (Bez pewnych modyfikacji.)

Również w prawdziwym histerycznym przetworniku (nie tak bardzo w przypadku podejścia COT) częstotliwość przełączania nie jest stała. Może to stanowić problem przy niewielkim obciążeniu, gdy częstotliwość przełączania może spaść w paśmie audio, powodując słyszalne wycie lub szum. Może również powodować zakłócenia innych obwodów na określonych częstotliwościach.

Z tego powodu trudno jest również filtrować przewodzone szumy.

John D.
źródło
Hmm ... Wystarczy rzucić okiem na arkusz danych i wygląda na to, że nadal używa oscylatora do włączania i wyłączania tranzystora sterującego, jeśli się nie mylę? Proszę o to, aby w projekcie nie było rzeczywistego oscylatora ... Przełączanie byłoby oparte tylko na zmierzonych poziomach wyjściowych.
something_clever
1
Ach, przepraszam, właśnie widziałem edycję oryginalnego postu Dziękuję, druga wygląda bardzo interesująco: D
something_clever
Do odpowiedzi dodano prawdziwą histeryczną część, aby ułatwić widzenie, ale części DCAP nie mają oscylatora „zegarowego”. Ustawiają czas włączenia na podstawie Vin i Vout, a czas wyłączenia zmienia się w celu regulacji mocy wyjściowej. Ponieważ w trybie ciągłego przewodzenia dla stałej Vin cykl pracy jest prawie stały, częstotliwość jest również względnie stała. Jednak nie ma „zegara” ani oscylatora o stałej częstotliwości.
John D
2
Mylisz „oscylator” i zegar. Jeśli wyłączysz napięcie wyjściowe oparte na obwodzie, obwód będzie oscylował. Gdyby się nie oscylowało, obwód nie działałby.
Eric Urban,
1
Ach ... Masz rację, wystarczy. Kiedyś błędnej terminologii, co ja naprawdę nie chciałem był „stała częstotliwość oscylatora” (aka zegara)
something_clever
10

Tak, właściwie to zrobiłem. Jest to trochę trudne do zaprojektowania, ponieważ musisz bardzo dokładnie obliczyć prądy, zmiany napięcia i czasy reakcji komparatora. Aby ograniczyć zmiany, takie konstrukcje są zwykle przeznaczone dla ograniczonego zakresu napięcia wejściowego i stałego napięcia wyjściowego.

To, co opisujesz, to tak naprawdę jedna forma systemu impulsowego na żądanie, w tym przypadku realizowanego z analogową elektroniką. Impuls na żądanie ma więcej tętnień niż coś, co kontroluje cykl pracy PWM w celu regulacji mocy wyjściowej. Są one jednak proste, z natury stabilne, łatwe do analizy i łatwe do wdrożenia w oprogramowaniu układowym.

Czasami używam PIC10F202 z algorytmem puls na żądanie jako tani konwerter złotówki z dużą ilością wybaczania. W wielu zastosowaniach tętnienie 50 lub 100 mV jest w porządku. Jest to szczególnie prawdziwe, gdy przełącznik buck jest regulatorem wstępnym zasilającym LDO nieco powyżej jego minimalnego napięcia wejściowego. Jedną sztuczką, której często używam w tego rodzaju przełącznikach buck, jest użycie tranzystora PNP wokół LDO jako komparatora w celu ustalenia, kiedy wejście jest o jeden spadek połączenia powyżej wyjścia. To daje LDO wystarczającą ilość do niezawodnej pracy, ale nie tyle, by marnować dużo wydajności.

Często wygodnie jest mieć pod napięciem +700 mV. Możesz go użyć do zasilania LDO w punktach dystrybucji i do zasilania rzeczy, które nie wymagają ściśle regulowanego napięcia, na przykład diod LED. Utrzymuje to obecne zapotrzebowanie na LDO, dzięki czemu mogą być małe i tanie, takie jak pakiety SOT-23 lub SOT-89 .

Olin Lathrop
źródło
5

Wracając do lat 80-tych, słynna nota aplikacyjna znaleziona w arkuszu danych krajowych LM317 Regulatory histeretyczne są prawie zupełnie nową strategią sterowania. wprowadź opis zdjęcia tutaj

Carloc
źródło
Zobacz, kto tam jest! :-p
Massimo
@Massimo Cześć pal :)
carloc
5

Taki konwerter jest możliwy, ale jego tętnienie wyjściowe będzie miało zupełnie inną charakterystykę niż konwerter taktowany.

W przypadku normalnego taktowanego konwertera tętnienie wyjściowe pozostanie na tej samej częstotliwości w szerokim zakresie obciążeń, ale zwiększy się ono pod większym obciążeniem.

W przypadku konwertera opartego na napięciu wyjściowym wielkość tętnienia wyjściowego pozostanie prawie taka sama, niezależnie od obciążenia, ale częstotliwość tego tętnienia zostanie określona przez obciążenie. Tętnienia wysokich częstotliwości są na ogół znacznie łatwiejsze do odfiltrowania niż niskie częstotliwości.

Musisz także rozważyć przeregulowanie, szczególnie przy pierwszym uruchomieniu. Pamiętaj, że gdy przełącznik jest włączony, ładujesz cewkę indukcyjną. Po wyłączeniu wyłącznika napięcie będzie rosło, aż szybkość rozładowania cewki spadnie poniżej prądu pobieranego przez obciążenie.

Peter Green
źródło