А как насчет импульсных источников питания с регулируемой частотой?

Возможно, этот вопрос слишком широк для сайта: однако, просмотрев Google, просмотрев литературу и задав вопрос другу, который является специалистом по проектированию SMPS, не получив полезного ответа, я решил задать его здесь, заранее извиняясь, если это "не по теме".

Вопрос : существуют ли топологии импульсных источников питания, которые не опираются на стандартную парадигму ШИМ, а работают, например, путем создания переменного, регулируемого напряжением, частотного синусоидального колебания? И в случае положительного ответа, каковы их наиболее часто используемые структуры?

Немного предыстории

  • Я заинтересовался этой темой после того, как увидел временную шкалу преобразования импульсной мощности , приведенную в Википедии: она охватывает не менее 50 лет, поэтому кажется правдоподобным, что было разработано множество различных идей. Так зачем же фокусироваться на разработке модуляторов/демодуляторов ШИМ с фиксированной частотой?
  • В общих руководствах и примечаниях по применению, а также об импульсных источниках питания иногда говорится, что «частота остается фиксированной, чтобы улучшить соответствие требованиям ЭМС». Однако кажется, что это скорее тенденция проектирования, а не требование проектирования, налагаемое глубокими физическими ограничениями, как это видно, например, в [1], так почему же всегда выбирать способ проектирования ШИМ?

Рекомендации

[1] Микко Куисма, « Переключение частоты в источниках питания EMI-Control: обзор », январь 2004 г., журнал IEEE Aerospace and Electronic Systems 18(12):18–22, DOI: 10.1109/MAES.2003.1259021.

Ищите управление гистерезисом. Проблема с переменной частотой заключается в том, что намного сложнее отфильтровать пульсации на выходе.
С этим связан постоянный контроль своевременности.
Большое спасибо @ user110971: так что, возможно, это вопрос фильтрации выходных пульсаций? Кажется, что-то, что можно улучшить, увеличив частоту, или я упускаю что-то более тонкое?
@DanieleTampieri с переменной частотой у вас может быть как низкая, так и высокая частота переключения. Частота также зависит от переходных процессов. Так что смотря какая нагрузка. Цифровые нагрузки, как правило, потребляют ток по фронту тактового сигнала, в то время как аналоговые нагрузки большую часть времени потребляют непрерывный ток. Следовательно, вы не уверены, где на кривой фильтра вы окажетесь. Хотя у них есть свое применение. Релейное управление имеет более быстрое время установления и может иметь меньшие пульсации, если вы знаете, какова нагрузка. Однако, поскольку большинство SMPS продаются как отдельные блоки, в общем случае это неприменимо.
Также заслуживают внимания автоколебательные топологии.
Абсолютно есть такое. Это называется частотно-импульсной модуляцией ЧИМ. techweb.rohm.com/knowledge/dcdc/dcdc_sr/dcdc_sr01/897
Ознакомьтесь практически со всем, что предлагает Vicor ( vicr.com ). У них три поколения кирпичей DC/DC, и каждое из них необычно, чем предыдущее. Переключение при нулевом напряжении, квазирезонансный, постоянное время включения и т. д. Если густо и странно, то это Викор.
Существует множество различных стратегий. И многие ШИМ-контроллеры с фиксированной частотой могут фактически переходить в другой режим при определенных условиях (например, при очень небольшой нагрузке и т. д.).
Когда вход или выход изменяется, автоколебательный преобразователь регулирует свою частоту в соответствии с потребностями. Очень простым примером является Joule Thief , который очень прост в сборке и имеет один силовой индуктор, один сенсорный индуктор, один транзистор, один резистор, один светодиод и одну ячейку (1,5 В). Если заменить резистор потенциометром, а ячейку регулируемым источником питания, то можно будет наблюдать изменение частоты при повороте потенциометра.
В качестве связанной катушки индуктивности можно использовать большой тороидальный синфазный дроссель с подключением по диагонали. Они могут колебаться примерно до половины вольта, откуда и произошло название — крадут «джоули» энергии из «разряженных» батарей (ячейка считается разряженной при напряжении 0,8 вольт по отраслевому стандарту).

Ответы (2)

Чтобы отрегулировать определенное напряжение с переключением DC-DC, вы обычно меняете рабочий цикл формы сигнала драйвера. Для этого есть несколько методов, в том числе эти два хорошо известных метода:

  • фиксированная частота, переменный рабочий цикл (ШИМ)
  • фиксированное время включения, переменное время отключения (иногда называемое COT, постоянное время включения)

В действительности регуляторы могут использовать более одного метода в зависимости от состояния нагрузки. И между каждым типом есть компромисс между пульсацией, эффективностью и переходной характеристикой.

Есть также более подробные сведения о типе контура управления (например, режим тока, режим напряжения и т. д.), который влияет на выбор регулятора.

В последнее время я склонен использовать COT для сильноточных источников питания с быстрыми переходными процессами, поскольку поддержание напряжения выше минимума важнее точности (питание логического ядра).

Для более чувствительных к шуму источников питания предпочтительнее использовать ШИМ с фиксированной частотой, который, хотя и медленнее реагирует на переходные процессы, будет иметь меньшие (или более предсказуемые) пульсации.

БОЛЬШЕ: (обращайтесь к John D за комментарий) Существует более новая, более эффективная топология, которая на самом деле использует частоту: LLC-резонанс. В общих чертах, этот тип добавляет настроенную LC-цепь, встроенную в переключатель. Мощность, подаваемая на нагрузку, регулируется путем изменения частоты ШИМ выше или ниже точки резонанса LC, чтобы создать контур регулятора.

Резонансные источники LLC более сложны, чем PWM, но имеют преимущество в более низких потерях переключения. Подробнее здесь: https://www.electronicdesign.com/power-management/article/21805811/llc-resonant-converters-raise-the-powerefficiency-bar

Существуют также резонансные топологии, такие как LLC, которые используют резонансную кривую контура резервуара для регулирования.
Очень умны эти ООО резонансные поставки.

Существуют ли топологии импульсных источников питания, не основанные на стандартной парадигме ШИМ?

Да.

Импульсная модуляция плотности - это вещь, и это в основном частотная модуляция.

Кроме того, существуют SMPS с «расширенным спектром», в которых синхронизация намеренно неравномерна, чтобы распространять шум переключения в частотной области вместо создания резких гармоник.

Кроме того, многие маломощные контроллеры SMPS могут переключаться между ШИМ и режимом плотности импульсов в ситуациях с наименьшей нагрузкой.

В общих руководствах и примечаниях по применению, а также об импульсных источниках питания иногда говорится, что «частота остается фиксированной, чтобы улучшить соответствие требованиям ЭМС».

Итак, если вы хотите, чтобы шум переключения ограничивался дискретными частотами, вы чертовски уверены, что частота остается постоянной. Я имею в виду, что это математика того, что такое "спектр".

Однако, если сильная периодичность мешает вашему приложению (а так бывает часто), то этого следует избегать. Вот почему существуют такие вещи, как шина PCIe с возможностью синхронизации с расширенным спектром и вышеупомянутые SMPS с расширенным спектром.

Таким образом, это утверждение следует воспринимать с долей «... в зависимости от того, что вы считаете плохим шумом для вашего приложения».

Однако кажется, что это тенденция дизайна, а не конструктивное требование, налагаемое глубокими физическими ограничениями.

Что? Это не имеет смысла. Математика довольно ясна: вы делаете что-то периодически, вы получаете эту периодичность как компонент своего спектра. Это не "тренд". Это основная математика и физика в чистом виде.

А как насчет импульсных источников питания с регулируемой частотой?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v