Форма сигнала понижающего преобразователя

Конденсатор служит нескольким целям:

• Улучшение переходного отклика
• Уменьшение пульсаций
• Высокочастотный контур зарядки/разрядки катушки индуктивности

Ключевым моментом для понимания является то, что катушка индуктивности является основным элементом хранения и передачи энергии в источнике питания, а не конденсатор. В своей роли передачи энергии индуктор находится в одном из двух состояний:

• «Зарядка»: переключатель верхнего плеча включен, ток течет от источника питания к нагрузке, поток катушки индуктивности увеличивается (аккумулирует энергию).
• «Разрядка»: переключатель на стороне высокого напряжения выключен, напряжение на катушке индуктивности меняется на противоположное, ток течет от катушки индуктивности к нагрузке и обратно через улавливающий диод, поток катушки индуктивности уменьшается (высвобождается энергия).

Напряжение, возникающее в результате этого цикла накопления и отпускания, сглаживается конденсатором. Он образует высокочастотный обходной путь для пульсаций тока индуктора, который в конечном итоге возвращается к индуктору. Чем меньше конденсатор, тем больше пульсации.

На этом этапе я хотел бы познакомить вас с симулятором схемы Falstad . Этот онлайн-инструмент позволяет создавать и публиковать визуальные интерактивные симуляции, которые дают «практическое» ощущение работы схем. В отличие от SPICE и его производных, вы можете динамически изменять значения компонентов без необходимости каждый раз перезапускать симулятор.

Вот базовый понижающий преобразователь ( попробуйте здесь ):

Попробуйте изменить значения индуктора и крышки фильтра и посмотрите, как это повлияет на пульсации.

Обратите также внимание на то, что происходит трюк для вечеринок: загрузка привода затвора n-FET на стороне высокого напряжения . Этот метод создает напряжение выше Vin для управления затвором, используя форму волны переключателя индуктора в качестве источника переменного тока. Вот почему вы видите, что некоторые регуляторы нуждаются в колпачке для контакта «BOOT»: они используют n-FET на стороне высокого напряжения и, следовательно, должны сделать это напряжение

А вот еще один партийный трюк: синхронное переключение . Это заменяет диод с потерями на полевой транзистор с низким Rds (on) ( моделируйте его здесь ):

Этот метод повышает эффективность, поскольку полевой транзистор нижнего плеча имеет почти нулевое падение IR по сравнению с падением прямого напряжения около 0,3 В даже для лучшего ловящего диода Шоттки.

Почему входной ток не равен нулю, так как индуктор блокирует его при включении и постепенно увеличивается?

Для катушки индуктивности без напряжения i = 0 при t = 0+. Но для индуктора под напряжением ток, когда к нему только что было приложено напряжение , равен току непосредственно перед приложением напряжения.

Понижающие преобразователи работают в двух режимах: режим непрерывной проводимости (CCM) и режим прерывистой проводимости (DCM). В вашем примере понижающий преобразователь работает в CCM.

В CCM ток дросселя никогда не падает до нуля. Отсюда и название «непрерывная проводимость». Вот почему при включении ключа через катушку индуктивности протекает ненулевой ток.

В DCM ток дросселя падает до нуля во время выключения ключа. Отсюда и название «Прерывистая проводимость». В этом случае ток индуктора будет равен нулю при включении ключа, но это только потому, что индуктор был обесточен до включения ключа.

Какова роль конденсатора на его выходной клемме? Он используется для сглаживания пульсаций напряжения?

Да. Без выходного конденсатора нагрузка будет иметь импульсный выход постоянного тока, как в полуполупериодном выпрямителе без фильтра. Попробуйте смоделировать понижающий преобразователь с выходным конденсатором и без него и посмотрите на результаты.