Buck-Converter-Wellenform

Der Kondensator dient mehreren Zwecken:

• Verbesserung des Einschwingverhaltens
• Welligkeitsreduzierung
• Hochfrequenz-Lade-/Entladeschleife für den Induktor

Der wichtigste Punkt zum Verständnis ist, dass die Induktivität das primäre Energiespeicher- und -übertragungselement in der Versorgung ist, nicht der Kondensator. In seiner Funktion der Energieübertragung befindet sich der Induktor in einem von zwei Zuständen:

• 'Laden': High-Side-Schalter ist eingeschaltet, Strom fließt von der Versorgung zur Last, der Induktorfluss nimmt zu (speichert Energie).
• 'Entladen': High-Side-Schalter ist ausgeschaltet, Induktorspannung kehrt sich um, Strom fließt von Induktor zu Last und zurück durch die Sperrdiode, Induktorfluss nimmt ab (Energie wird freigesetzt).

Die aus diesem Store-and-Release-Zyklus entstehende Spannung wird durch den Kondensator geglättet. Es bildet einen hochfrequenten Bypass-Pfad für die Stromwelligkeit der Induktivität, die letztendlich zur Induktivität zurückgeführt wird. Je kleiner der Kondensator, desto größer die Welligkeit.

An dieser Stelle möchte ich Ihnen den Falstad Circuit Simulator vorstellen . Mit diesem Online-Tool können Sie visuelle, interaktive Simulationen erstellen und teilen, die ein praktisches Gefühl für die laufenden Schaltungen vermitteln. Im Gegensatz zu SPICE und seinen Derivaten können Sie die Komponentenwerte dynamisch ändern, ohne die Simulation jedes Mal neu starten zu müssen.

Hier ist ein einfacher Abwärtswandler ( versuchen Sie es hier ):

Versuchen Sie, die Induktor- und Filterkappenwerte zu ändern, und sehen Sie sich die Auswirkung auf die Welligkeit an.

Beachten Sie auch, dass es einen Partytrick gibt: Bootstrapping des High-Side-n-FET-Gate-Treibers . Diese Technik erzeugt eine Spannung, die über Vin liegt, um das Gate zu steuern, wobei die Wellenform des Induktorschalters als Wechselstromquelle verwendet wird. Aus diesem Grund sehen Sie einige Regler, die eine Kappe für einen "BOOT" -Pin benötigen: Sie verwenden einen High-Side-n-FET und müssen daher diese Spannung erzeugen

Und hier noch ein Partytrick: Synchrones Schalten . Dies ersetzt die verlustbehaftete Fangdiode durch einen niedrigen Rds(on)-FET ( hier simulieren ):

Diese Technik verbessert die Effizienz, da der Low-Side-FET einen IR-Abfall von nahezu Null aufweist, verglichen mit dem Durchlassspannungsabfall von etwa 0,3 V selbst für die beste Schottky-Catch-Diode.

Warum ist der Eingangsstrom nicht Null, da der Induktor ihn blockiert, wenn er eingeschaltet wird und allmählich erhöht wird?

Für einen nicht erregten Induktor ist i = 0 bei t = 0+. Aber für einen erregten Induktor ist der Strom, wenn gerade eine Spannung angelegt wurde, gleich dem Strom, kurz bevor die Spannung angelegt wurde.

Abwärtswandler arbeiten in zwei Modi: kontinuierlicher Leitungsmodus (CCM) und diskontinuierlicher Leitungsmodus (DCM). In Ihrem Beispiel arbeitet der Abwärtswandler in CCM.

Bei CCM fällt der Induktorstrom niemals auf Null. Daher der Name „kontinuierliche Leitung“. Aus diesem Grund fließt beim Einschalten des Schalters ein Strom ungleich Null durch die Induktivität.

Bei DCM fällt der Induktorstrom während der Ausschaltzeit des Schalters auf Null. Daher der Name „diskontinuierliche Leitung“. In diesem Fall ist der Induktorstrom Null, wenn der Schalter eingeschaltet wird, aber dies liegt nur daran, dass der Induktor nicht erregt war, bevor der Schalter eingeschaltet wurde.

Welche Rolle spielt der Kondensator in seinem Ausgangsanschluss? Wird es zum Glätten der Spannungswelligkeit verwendet?

Ja. Ohne den Ausgangskondensator würde die Last einen gepulsten Gleichstromausgang erhalten, genau wie bei einem Halb-/Vollwellengleichrichter ohne Filter. Versuchen Sie, einen Abwärtswandler mit und ohne Ausgangskondensator zu simulieren, und sehen Sie sich die Ergebnisse an.