Роль выходного конденсатора в понижающем преобразователе с точки зрения частоты

Рекомендация, данная в примечаниях по применению, не нова, и явление это хорошо известно. Конденсатор состоит из нескольких паразитных элементов, среди которых вы найдете эквивалентное последовательное сопротивление (ESR):

Это значение ESR можно определить по графику импеданса или взять из паспорта конденсатора. Для электролитического конденсатора ESR значительно зависит от возраста, температуры, частоты, в то время как на емкость иногда влияет смещение в зависимости от принятой технологии. При низких температурах ESR велико, а при более высоких температурах уменьшается.

Когда вы запускаете анализ слабого сигнала понижающего преобразователя, работающего в токовом режиме, вы получаете эквивалентную схему:

Вы можете видеть выходной конденсатор, развязывающий нагрузку$R$и появляется со своим паразитическим термином,$r_C$. Эта комбинация создает ноль в передаточной функции. Если вы пройдете уравнения и определите передаточную функцию управления-выход этого преобразователя, вы должны найти:

$H(s)=H_0\frac{1+\frac{s}{\omega_z}}{D(s)}$

В этом выражении числитель содержит ноль, определенный как$\omega_z=\frac{1}{r_CC}$. Этот ноль изменит фазовую характеристику силового каскада, который вы хотите стабилизировать. С$r_C$будет изменяться с температурой и возрастом, ваша обязанность как инженера-конструктора — убедиться, что стратегия компенсации адекватно откалибрована для обеспечения правильной работы, несмотря на эти изменения. Метод Монте-Карло, многократное моделирование переменного тока или анализ наихудшего случая могут сказать вам, насколько надежна ваша система в конечном итоге.

Этот нулевой вклад также присутствует в линейных стабилизаторах, и вы должны тщательно выбирать конденсатор, чтобы избежать так называемого туннеля смерти , где стабильность может быть поставлена ​​​​на карту при определенных значениях ESR. К счастью, в вашей схеме контроллер позволяет адаптировать стратегию компенсации с учетом изменений ESR и других факторов.

1. Как я уже говорил в комментариях, для полного понимания требуется небольшое знание теории управления. Этот документ от On Semi мог бы стать хорошим началом.

2. Это из-за собственного резонанса конденсатора. Идеальный конденсатор имеет только емкостную часть, а реальный конденсатор ничем не отличается от RLC-цепи. Глядя на график Zf конденсатора, вы увидите, что Z достигает своего минимума на частоте. Эта частота (частота собственного резонанса) определяется ESR (а также ESL — эффективной последовательной индуктивностью), и ее можно рассматривать как максимальную частоту, на которой может использоваться конденсатор. Выше этой частоты ESL конденсатора (т. е. индуктивный эффект) становится более эффективным, что, безусловно, влияет на стабильность преобразователя.

1. Емкость и ESR образуют RC-фильтр нижних частот. Если ESR изменится в десять раз, то изменится и частота среза RC, а значит, изменится и частота фильтрации.

Что приводит нас к 2)

Это требует, чтобы регулятор или внешняя компенсационная схема, которую он имеет, были спроектированы так, чтобы допускать это изменение ESR и изменение частоты нижних частот, иначе регулятор выходит за пределы стабильной работы.

Вот почему импеданс конденсатора важен.