Nur um einen kleinen Hintergrund zu dem Projekt zu geben - ich baue derzeit einen Abwärtswandler, der parallel mit 2 * 250-W-Solarmodulen verbunden ist, und verwende dann einen MPPT-Algorithmus, um die maximale Leistung zu verfolgen. Ich werde einen TI Stellaris-Mikrocontroller verwenden, um die PWM zu steuern, und eine synchrone Buck-Topologie mit möglicherweise einem mehrphasigen Design verwenden, um den Strom durch jeden Mosfet (sowie eine geringere Ausgangswelligkeit) zu reduzieren.
Die Frage bezieht sich darauf, welche Frequenz für einen Abwärtswandler am besten geeignet ist. Wie ermittelt man die beste Frequenz?
Ich habe bereits mit 15-24 kHz auf einer synchronen Buck-Schaltung experimentiert und bin mir bewusst, dass die meisten SMPS-Designs 50 kHz und höher verwenden. Mein Ziel ist es, das System so effizient wie möglich zu machen, und ich erinnere mich, dass ich irgendwo gelesen habe, dass niedrigere PWM-Frequenzen effizienter sind, aber nach umfangreichen Online-Suchen keine Literatur dazu finden kann.
Jede Eingabe wäre willkommen, und wenn es Quelleninformationen gibt, können Sie mich noch besser darauf hinweisen.
Es gibt viele Verlustquellen in einem SMPS. Hier sind nur zwei:
Jedes Mal, wenn der "Schalter" (normalerweise ein MOSFET) von Ein auf Aus wechselt, verbringt er einige Zeit in einem Zustand dazwischen. Während dieser Zeit gibt es gleichzeitig einen signifikanten Strom in der Vorrichtung und eine signifikante Spannung darüber. Als , bedeutet dies, dass der MOSFET elektrische Eingangsenergie verschwendet, um sich selbst zu erwärmen.
Um diese Verluste zu minimieren, möchten Sie so wenig wie möglich schalten. Je niedriger die Frequenz, desto seltener schalten Sie und desto geringer sind die Schaltverluste.
Ein echter Induktor hat einen Widerstand und wird gemäß dem Jouleschen Gesetz Verluste erleiden: . Der Strom in diesem Induktor ist nicht konstant: Er wächst, wenn er Eingangsenergie speichert, und nimmt ab, wenn er diese gespeicherte Energie an den Ausgang abgibt.
Der Zweck des SMPS besteht eindeutig darin, Strom an die Last zu liefern, sodass wir diesen Strom nicht eliminieren können. Wir haben jedoch die Wahl der Form dieses Stroms. Der Ausgangsfilter (oft so einfach wie ein Kondensator) bedeutet, dass wir eine hohe Stromwelligkeit in der Induktivität haben und dennoch eine konstante Ausgangsspannung erhalten können. Wenn jedoch eine hohe Stromwelligkeit vorhanden ist, muss es notwendigerweise Zeiten geben, in denen der Induktorstrom viel höher ist als der von der Last benötigte Strom. Da die Verluste proportional zum Quadrat des Stroms sind, bedeutet dies, dass unsere Verluste bei Stromwelligkeit höher sind als im Fall ohne Stromwelligkeit.
Um diese Verluste zu minimieren, sollten Sie die Schaltfrequenz so hoch wie möglich wählen, da dies die Stromwelligkeit minimiert.
Wenn die „beste“ Frequenz eine ist, die minimale Verluste aufweist, dann ist die beste Schaltfrequenz das optimale Gleichgewicht zwischen mehreren Arten von Verlusten. Dies sind nicht die einzigen Arten von Verlusten. Um die beste Frequenz zu bestimmen, müssen Sie eine sorgfältige Analyse aller potenziellen Verluste in Ihrem spezifischen SMPS durchführen, bestimmen, wie sich diese Verluste als Frequenz ändern, und dann dieses Gleichungssystem für einen minimalen Verlust lösen.
Dies ist eine Art Nebenbemerkung zu dem, was Sie gefragt haben, aber wenn Sie sich Sorgen um das letzte bisschen Effizienz machen, verbinden Sie die beiden Solarmodule nicht miteinander, insbesondere wenn dies zu einem Mehrphasenschalter führt. Es wird Unterschiede zwischen den beiden Paneelen geben, und natürlich kann auch die Sonneneinstrahlung variieren, da Schatten die beiden Paneele unterschiedlich überqueren. 250 W sind sicherlich machbar, aber schon ziemlich viel, daher sollte es effizienter und wahrscheinlich einfacher sein, einen 250-Einphasen-Umschalter zu entwerfen und zwei davon herzustellen, als einen 500-W-Mehrphasen-Umschalter zu entwerfen.
Ameise
Phil Frost