Frage zum Step-Down-DC-DC-Wandler

Erstens wird unbedingt erwartet, dass der Ausgangsstrom und der Eingangsstrom (gemittelt über einen Schaltzyklus) in einem Schaltwandler nicht gleich sind. Wenn die Ströme gleich wären, könnte der Wirkungsgrad nicht besser sein als der eines Linearreglers.

Schauen wir uns nun einen einfachen Buck-Regler an:

Wenn der Schalter (Q1) geschlossen ist, fließt der Eingangsstrom tatsächlich in die Last. Aber ein Teil davon wird auch zum Wiederaufladen von Cout verwendet, dessen Spannung während des „Aus“-Teils des Zyklus abgesunken ist.

Wenn der Schalter geöffnet ist, erhält die Last immer noch Strom, aber sie wird von D1 und Cout versorgt.

Es besteht also keine Sorge, dass Sie die Last möglicherweise nicht mit Strom versorgen, wenn Sie während eines Teils des Zyklus keinen Eingangsstrom ziehen. Es ist nur ein Teil der Funktionsweise eines Abwärtswandlers.

Würde ein großer Kondensator am Eingang meines Abwärtswandlers ausreichen?

Ein großer Kondensator (Cin im Schaltplan) ändert nichts daran, dass bei geöffnetem Schalter kein Eingangsstrom gezogen wird.

Was es tun wird, ist, wenn der Schalter geschlossen ist, einen Großteil des Eingangsstroms von Cin statt von der vorgeschalteten Spannungsquelle kommen zu lassen. Dieser Strom fließt in einer relativ kleinen Schleife und erzeugt daher nicht so viele EMI-Probleme, als ob er von der vorgeschalteten Quelle fließen müsste, wie weit diese auch entfernt sein mag.

Dies bedeutet auch, dass die Induktivität in den Leitungen von der vorgeschalteten Quelle zu Ihrer Schaltung nicht dazu führt, dass Vin während des "Ein" -Teils des Schaltzyklus abfällt und den Betrieb des Wandlers stört.

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Ich habe festgestellt, dass Sie sich Sorgen darüber machen, dass der Spitzenstrom, der während des "Ein"-Teils des Zyklus gezogen wird, höher ist, als das PoE liefern kann.

Ja, ein größeres Cin hilft dabei, indem es den über den Schaltzyklus gezogenen Strom glättet. Aber grundsätzlich hilft auch jede Kapazität auf der Lastseite des PoE.

Die Wahl der Betriebsfrequenz und des L1-Werts wirkt sich auch auf die Spitzenstromaufnahme am Eingang aus.

Soweit ich weiß, hat ein Abwärtswandler den Eingangsstrom einen Teil der Zeit ausgeschaltet, sodass ich potenzielle Leistung verlieren würde.

Nicht wirklich. Die meisten Festfrequenz-PWM-gesteuerten Schaltnetzteile (wie ein Abwärtswandler) verwenden eine Induktivität als Energiespeicher. Das während der Einschaltzeit in der Induktivität gespeicherte Feld liefert während der Ausschaltzeit Energie. Wandler mit Energiespeicher ermöglichen eine tatsächliche Umwandlung – höhere Ausgangsspannung (bei niedrigerem Strom) oder niedrigere Ausgangsspannung (bei höherem Strom).

Pünktlich:

$V_{L1} = L1 \cdot \dfrac{di}{dt}$

$(V_{in} - V_{out}) = L1 \cdot \dfrac{di}{dt}$

$\dfrac {(V_{in} - V_{out}) \cdot dt}{L1} = di$

Der Strom steigt in der Induktivität während der Einschaltzeit von Q1 linear an.

Ausschaltzeit (CCM vorausgesetzt):

$V_{L1} = L1 \cdot \dfrac{di}{dt}$

$(V_{D1} - V_{out}) = L1 \cdot \dfrac{di}{dt}$

$\dfrac {(V_{D1} - V_{out}) \cdot dt}{L1} = di$

Der Strom fällt in der Induktivität während der Ausschaltzeit von Q1 linear ab. Die Induktorspannung wird auf Vout abzüglich eines Diodenabfalls geklemmt.

In CCM sind die Mittelpunkte der beiden linearen Stromrampen Ihr DC-Ausgangsstrom. Da der Induktor kontinuierlich Strom liefert (auch wenn der Schalter ausgeschaltet ist), ist die Kondensatorspannung ein Gleichstrompegel mit dreieckiger Welligkeit, die proportional zur Wellenform des Induktorstroms ist.

Befindet sich der Wandler im DCM, gibt es einen dritten Zustand, in dem der Induktor vollständig entladen ist. Sie müssen auch die Totzeit in die Berechnung des durchschnittlichen Ausgangsstroms einbeziehen. Wenn der Induktorstrom Null ist, liegt die Last vollständig auf C1, um den Ausgang aufrechtzuerhalten, aber DCM ist ein Leichtlastphänomen, daher ist es kein Problem.

Mit freundlicher Genehmigung Wikipedia:

Eine lineare Versorgung würde offensichtlich nicht ausreichen.

Eine lineare Versorgung funktioniert nicht durch induktive Energiespeicherung, daher erfolgt die Regelung über einen einstellbaren Widerstand (normalerweise ein Transistor oder ein MOSFET) - der Eingangsstrom muss aus diesem Grund größer sein als der Ausgangsstrom.

Ich denke, Sie vermissen nur den entscheidenden Punkt: Strom wird gespart, Strom jedoch nicht. Ein Schaltregler nimmt 80-95% Ihrer Eingangsleistung auf und liefert sie mit einer anderen Spannung an den Ausgang. Der Regler wandelt Spannungen um und daher sind Ihre Ströme von Natur aus unterschiedlich. Aber Strom (das ist Volt * Ampere) wird gespart (mit dem Unterschied, dass die Wärme in Ihrem Konverter verloren geht).

Also 48 V @ 0,625 A = 30 W. Ihr Konverter wird Ihnen bei einem Wirkungsgrad von 90% maximal 10 V bei 2,7 A = 27 W liefern. Die anderen 3 W wären Abwärme in Ihrem Regler. Es kann immer weniger als 27 W abgeben, da es als Spannungsquelle (und nicht als Stromquelle) ausgelegt ist, also die Spannung einstellt und den Strom nach Bedarf liefert.