Induktivität und Rauschen durch Abwärtsregler (Hochfrequenz)

Die 30 % (einige Datenblätter sagen 40 %) sind ein Kompromiss zwischen Induktorgröße, Ripple-Strom, Fehlererkennungsleistung und Effizienz. Beachten Sie, dass der Welligkeitsstrom nicht mit der Ausgangswelligkeitsspannung identisch ist. Je niedriger der gewünschte Welligkeitsstrom ist, desto größer ist die benötigte Induktivität.

Je größer die Induktivität ist, desto höher sind die DC-Wicklungsverluste (für einen bestimmten Induktivitätstyp) oder desto größer ist das Gerät physisch.

Die Schaltfrequenz ist auch ein Kompromiss. Eine höhere Schaltfrequenz führt zu einem geringeren Induktivitätsbedarf, erhöht jedoch die Verluste in den Schaltelementen (normalerweise MOSFETs) aufgrund der häufiger auftretenden Ladung/Entladung der Gate-Kapazität. Aus diesem Grund sind Schalt-FETs für die gesamte Gate-Ladung und Sync-FETs für Rds(on) optimiert.

Die Schaltfrequenz (zumindest das Maximum) wird zu einem großen Teil von der Leistung des Fehlerverstärkers und des internen Modulators und der zusätzlichen Komplexität der Schleifenkompensation für eine Schaltung mit größerer Bandbreite bestimmt (dh es gibt eine Verstärkung in der Schleife zu einer höheren Frequenz). , was den Aufwand für extern kompensierte Konstruktionen erhöht, um sicherzustellen, dass die Schleife bei allen möglichen Belastungen stabil bleibt).

Durch den Betrieb mit höherer Frequenz lässt sich das Welligkeitsrauschen am Ausgang in den meisten Fällen tatsächlich leichter filtern, und eine hohe Schleifenbandbreite erhöht die Transientenleistung des Designs, sodass mit der Schaltfrequenz sowohl Vor- als auch Nachteile verbunden sind.

Brummstrom in der Induktivität und transiente Ströme in den Schalt-FETs können große Rauschspitzen in unmittelbarer Nähe der Geräte induzieren, und dies ist einer der Gründe, warum das Layout für Schaltgeräte ziemlich herausfordernd sein kann. Schlechte Layoutpraktiken sind (zumindest meiner Erfahrung nach) die Hauptquelle für Rauschen, das dort erzeugt wird, wo es unerwünscht ist.

Die Welligkeit wird von den Ausgangskondensatoren gefiltert, und wie viel Filterung Sie erhalten, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wobei zu beachten ist, dass die Ausgangsfiltergeräte Teil der Schleifenkompensationsanalyse sind.

Es gibt einige hervorragende Ressourcen, um die Kompromisse beim Design von Schaltreglern zu verstehen, und Switching Regulators for Poets von Jim Williams wird oft als eines der besten verfügbaren bezeichnet.

Schleifenanalyse (für einen bestimmten Schleifentyp) und Kompensation werden ausführlich in AN-76 von Linear Technology behandelt.

Natürlich gibt es solche Ressourcen von vielen Herstellern, wie zum Beispiel Texas Instruments

Dies ist ein riesiges Studiengebiet, und ich empfehle Ihnen die Anwendungshinweise der Hersteller (auch wenn sie sich gelegentlich mit bestimmten Geräten befassen) für detaillierte Informationen und Erklärungen der verschiedenen Architekturen und Topologien, die Switch-Mode-Geräte haben können.