Abwärtswandler mit ohmscher Last

Ich habe ein Kapitel über Step-down-Chopper (Abwärtswandler) gelesen. Ich hatte Probleme, die Funktionsweise der Schaltung zu verstehen, da sie im Buch nicht richtig erklärt wurde. Als ich im Internet nachschaute, bemerkte ich, dass Abwärtswandler Kondensatoren parallel zum Widerstand als Last hatten.

Das Buch erwähnt jedoch nicht den Kondensator. Im Diagramm sind auch keine Kondensatoren enthalten. Die Last ist einfach ein Widerstand. (Ich habe eine beschissene Kamera, kann also kein Bild hochladen.) Wie würde diese Schaltung funktionieren?

Ohne kapazitive Belastung sind Ihre Steuerungen ziemlich schwer zu stabilisieren, da es sich um einen Schaltwandler handelt. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, eine Lampe dazu zu bringen, 100 Lux auszugeben, wenn sie nur eine Ein-/Aus-Steuerung hat und Sie von einem Sensor mit sofortiger Reaktionszeit lesen. Kurz gesagt, es ist unklug, einen Abwärtswandler ohne kapazitive Belastung zu betreiben, da das System instabil ist.
@HL-SDK: Der Kondensator muss nicht am Ausgang sein; es kann an anderer Stelle in der Rückkopplungsschleife sein.
@DaveTweed Danke, das hat viele Gedanken in meinem Kopf ausgelöst. Da bekomme ich jetzt fast Lust, so einen Konverter zu bauen :D

Antworten (1)

Hier ist ein idealisierter Abwärtswandler ohne Kondensator: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vergessen Sie Transistoren für eine Minute und konzentrieren Sie sich auf zwei Schalter, SW1 und SW2. Diese wechseln sich beim Schalten ab und schalten nie gleichzeitig ein. Wenn sie sich gleich abwechseln, ist die Verbindung der beiden Schalter eine Rechteckwelle; es hat eine positive Spitze von +Vs (wenn SW1 schließt) und kehrt dann schnell auf 0 V zurück, wenn SW2 schließt.

L und R (Last) bilden einen Tiefpassfilter, und die am Ausgang sichtbare Spannung ist ein Gleichstrompegel, der einer überlagerten Dreieckswelle sehr ähnlich ist. Der am Ausgang gesehene DC-Pegel ist abhängig von dem Zeitverhältnis zwischen SW1 und SW2. Wenn beide gleich lang eingeschaltet sind, beträgt der DC-Pegel am Lastwiderstand 50 % von Vs.

Wenn also Vs 12 V beträgt und beide Schalter gleich lange aktiv waren, beträgt der Ausgang 6 V. Wenn SW1 die ganze Zeit eingeschaltet und SW2 die ganze Zeit ausgeschaltet wäre, wäre der Ausgang 12 V, und wenn SW2 doppelt so lange eingeschaltet wäre wie SW1, wäre der Ausgang ein Drittel von 12 V = 4 V.

Das Ändern des Timing-Verhältnisses zwischen SW1 und SW2 kann also unterschiedliche DC-Pegel an der Last erzeugen. Diese Art von Regler wird als synchroner Abwärtswandler bezeichnet und ist der Geschmack des Monats; Sie haben zwei FETs anstelle von SW1 und SW2 und können mit weit über 2 MHz abwechselnd betrieben werden.

Warum die Hochfrequenz? Die dem Ausgang überlagerte Dreiecksform wird kleiner, wenn Sie die Frequenz erhöhen, und Sie können dies genauso gut nutzen, indem Sie einen immer kleineren Induktor auswählen und mit ein wenig Welligkeit leben (anwendungsabhängig).

Das Hinzufügen eines Kondensators über der Last hat natürlich einen Vorteil, da es dazu beiträgt, die Welligkeit auf ein noch niedrigeres Niveau zu reduzieren.

Dies ist die einfacher zu erklärende der beiden gängigen Buck-Topologien, da die Ausgangsinduktivität (und der Kondensator) und der Widerstand einen einfachen Tiefpassfilter bilden, der die Rechteckwelle in einen nahezu welligkeitsfreien DC-Pegel umwandelt. Nicht synchrone Abwärtsregler sind etwas schwieriger zu verstehen, da sie keinen FET an SW2 verwenden, sondern eine sogenannte Flyback-Diode.

Hoffe das hilft.

Danke! Ihre Erklärung war wirklich klar. Mein Text enthält jedoch eine Flyback-Diode und einen SCR für SW1.
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