Kondensatorwelligkeitsstrom im Abwärtswandler

Ich entwerfe einen Abwärtswandler und mache mir ein wenig Sorgen um den Welligkeitsstrom, der durch die Ausgangskondensatoren fließt.

Bei meinen Recherchen im Internet habe ich festgestellt, dass der Ripple-Strom durch Vrms_output/ESR gegeben ist. Wenn ich einen maximalen Ausgangsstrom von 3,5 A habe und ich ein Einschwingverhalten haben möchte, bedeutet dies, dass 0 A bis 3,5 A = 3,5 A Welligkeitsstrom sind. Aber dieser Wert (Übergangsschritt) ist meiner Meinung nach nicht mein normaler Welligkeitsstrom.

Wenn ich in meiner Berechnung, die der obigen Gleichung entspricht, eine Welligkeit von 10 mV möchte und einen Keramikkondensator auswähle, der mir einen niedrigen ESR (< 5 mΩ) gibt, entspricht dies einem Welligkeitsstrom von 2 A, und ich denke, das ist nicht normal!

Wenn das stimmt, kann ein Keramikkondensator diese Stromstärke verarbeiten?

Ist diese Stromstärke (Brummstrom, Irms) identisch mit dem Brummstrom der Induktivität des Reglers?

Antworten (2)

Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihrem Gedankengang folge, aber es hört sich so an, als würden Sie das Problem von der üblichen Art und Weise rückwärts angehen.

Normalerweise legen Sie zuerst eine Grenze für den Welligkeitsstrom fest ( Δ ICH L ) und wählen Sie einen Induktor, der diese Anforderung erfüllt.

Dann wählen Sie Ihren Ausgangskondensator, um die gewünschte Welligkeitsspannung zu erreichen.

Für idealisierte Komponenten haben Sie

Δ v Ö u T = Δ ICH L R E S R 2 + ( 1 8 F S w C Ö u T ) 2

Je niedriger also der ESR und je höher die Kapazität, desto niedriger ist die Brummspannung.

Diese Welligkeitsspannung ist eine Welligkeit aufgrund der inhärenten Transienten in jedem Zyklus des Schaltkreises, wenn mit einem konstanten Laststrom gearbeitet wird.

Eine Welligkeit oder ein Klingeln aufgrund von Lasttransienten ist eher auf die Spannungssteuerschleife als auf diese Überlegungen zurückzuführen. Um dies zu minimieren, müssen Sie Ihren Regelkreis modellieren und sicherstellen, dass Sie über einen ausreichenden Phasenspielraum verfügen, um eine unerwünschte Klingelreaktion auf Lasttransienten zu vermeiden.

Ist diese Stromstärke (Brummstrom, Irms) identisch mit dem Brummstrom der Induktivität des Reglers?

Ja. Wenn der Laststrom konstant (oder nahe genug) ist, können die Abweichungen des Induktivitätsstroms vom Durchschnittswert (der der Laststrom ist) nirgendwo anders hingehen als in den Ausgangskondensator und aus ihm heraus.

Ich habe die Induktivität bereits ausgewählt. Mein Entwurf enthält den LMR14030 von TI ( ti.com/lit/ds/symlink/lmr14030.pdf ), und ich entscheide mich, den Welligkeitsstrom bei 0,4 Imax zu wählen, wie z. B. Datenblattbeispiele. Und es führt mich zu einem 3.3uH. Schließlich wurde eine Mindestkapazität von> 80 uF und ein ESR von < 7 mΩ gefunden. Aber ich bin verwirrt, weil ich all diese Berechnungen mit einer gegebenen Welligkeitsausgangsspannung und einem berechneten Welligkeitsstrom durchgeführt habe, der durch den maximalen Strom verursacht wird. Und mit dem Ohmschen Gesetz ist der Vrms / ESR-Welligkeitsstrom sehr hoch, und das verwirrte mich viel mehr.
Denken Sie daran, dass Sie Kondensatoren parallel schalten können, um den effektiven ESR zu reduzieren. Beispielsweise würden acht 10-uF-Kondensatoren mit 50 mOhm ESR Ihren Anforderungen entsprechen. (Denken Sie jedoch daran, Ihre Kondensatoren zu reduzieren, verwenden Sie also möglicherweise acht Kondensatoren mit jeweils 22 uF und 30 oder 40 mOhm ESR.)
Warum Kondensatoren herabsetzen? Du meinst Mengen? Ich ziehe es vor, eine Kapazität in zwei bis drei Größen aufzuteilen, um die anfängliche Kapazität und den erforderlichen ESR zu erfüllen
Da sich die Kondensatorleistung tendenziell mit der Temperatur, der angelegten Spannung usw. ändert, sind Keramiken besser als Elektrolyte, aber Sie müssen möglicherweise dennoch damit rechnen, dass die tatsächliche Kapazität bei hohen Temperaturen oder bei angelegter Spannung um 50 % unter dem Nennwert liegt. Überprüfen Sie Ihr Datenblatt sorgfältig, wenn Sie sicher sein möchten, welche Teile Sie auswählen.

Der an Ihre Ausgangskondensatoren angelegte Welligkeitsstrom ist Ihr Spitze-zu-Spitze-Induktorstrom. Nicht weniger, nicht mehr.

Abrufen:

v L = L D ich D T

Auflösen für D ich :

D ich = v L ⋅ D T L

Ihr Welligkeitsstrom wird durch die an den Induktor angelegten Voltsekunden geteilt durch seine Induktivität definiert.

Die Ausgangskapazität hat keinen Einfluss auf den Welligkeitsstrom; sein ESR steuert die Brummspannung. Der Brummstrom wird vom ESR nicht beeinflusst. (Dem Induktor ist es einfach egal!)

Im Allgemeinen können Keramikkondensatoren im Vergleich zu Allzweck-Elektrolytkondensatoren sehr hohe Welligkeitsströme verarbeiten. Es gibt bestimmte Arten von Elektrolytkondensatoren, die für Hochfrequenzanwendungen mit hoher Welligkeit vorgesehen sind; Sie werben im Allgemeinen für ihre ESRs bei 100 kHz oder mehr.

Die Kapazität hat keinen Einfluss auf den Ripple-Strom? Warum verwenden wir dann bei Berechnungen der Kapazität den Welligkeitsstrom?
Der Welligkeitsstrom beeinflusst, welchen Kondensator Sie benötigen, um eine bestimmte Welligkeitsspannung zu erreichen, aber das Ändern des Kondensators ändert nicht den Welligkeitsstrom.
Daher wirkt sich der Welligkeitsstrom auf die Kapazität oder den ESR aus, der erforderlich ist, um die Spannungsabweichung auf dem zulässigen Niveau zu halten?
ESR beeinflusst die Brummspannung. Der Brummstrom ist konstant – er wird von der Kapazität nicht beeinflusst.
Wie hängen ESR und Kapazität zusammen?
Ich dachte, dass die Kapazität die Spannungswelligkeit reduziert
Durch das Parallelschalten von mehr Kondensatoren wird der ESR verringert (die einzelnen ESRs sind parallel geschaltet, der Gesamt-ESR ist geringer), wodurch die Brummspannung verringert wird. Der Brummstrom bleibt unbeeinflusst.
Setzen Sie mehr Kapazität nicht mit Parallelität, sondern ändern Sie sie mit anderen größeren. Wenn ich einen einzelnen Kondensator mit einer bestimmten Kapazität habe und mich entscheide, ihn durch einen mit größerer Kapazität zu ersetzen, bleibt die Brummspannung unbeeinflusst?
Ich sage es noch einmal: Die Brummspannung ist eine Funktion des ESR der Ausgangskapazität. Wenn Sie die Ausgangskondensatoren ändern, ändern Sie den ESR und ändern die Brummspannung. Es gibt keine Möglichkeit vorherzusagen, wie sich die Brummspannung ändern wird, es sei denn, Sie geben an, wie viel ESR die Kondensatoren haben!
Und wie hängen minimale Kapazität (in uF) und Ripple-Strom zusammen?
Kondensatorwelligkeitsstrom im Abwärtswandler
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