Frequências mínimas de chaveamento em conversores de impulso

Por que as frequências de comutação para conversores de impulso estão acima da faixa de 100kHz?

Se bem entendi, à medida que a frequência aumenta de 100kHz para cima, a corrente de ondulação criada a partir do indutor diminui, a mudança de corrente ao longo do tempo diminui no indutor e os componentes podem ser menores porque não precisam lidar com maiores ( relativas) correntes. No entanto, eles são combatidos pela menor eficiência da perda de comutação no MOSFET, bem como perdas do núcleo do indutor.

Portanto, como você pode aumentar a eficiência diminuindo a frequência, por que as frequências de comutação não ocorrem em faixas mais baixas; a faixa de 100Hz-10kHz, por exemplo? Será que as mudanças de corrente com as quais o indutor precisa lidar são muito altas e as perdas resistivas na fiação do indutor começam a dominar como a principal fonte de perda de energia?

Por que as frequências de comutação para conversores de impulso estão acima da faixa de 100kHz?

Um poderoso conversor de impulso pode operar na faixa de baixa / média kHz e pode fazê-lo porque os transistores de potência usados ​​são dispositivos inerentemente lentos. O truque é operar em uma frequência em que as perdas estáticas sejam aproximadamente iguais às perdas dinâmicas.

Se bem entendi, à medida que a frequência aumenta de 100kHz para cima, a corrente de ondulação criada a partir do indutor diminui, a mudança de corrente ao longo do tempo diminui no indutor e os componentes podem ser menores porque não precisam lidar com maiores ( relativas) correntes.

A corrente de ondulação define o cenário para quanta energia é armazenada pelo indutor e fornecida ciclicamente ao capacitor. Em frequências mais altas, essa transferência é feita mais vezes por segundo, portanto, para a mesma energia fornecida a uma carga, a corrente de ondulação pode ser menor, mas isso não fornece a mesma potência (energia proporcional à corrente ao quadrado) e, portanto, a indutância ser reduzido e isso aumenta a corrente de ondulação. Se você tentar levar em consideração a possibilidade de executar o modo de condução descontínua ou contínua, não será tão claro quanto você imagina.

Os componentes podem ser menores, sim.

No entanto, eles são combatidos pela menor eficiência da perda de comutação no MOSFET, bem como perdas do núcleo do indutor.

Sim e não. As perdas de comutação aumentam, mas algumas perdas principais são reduzidas, como a saturação. No entanto, as perdas de corrente de Foucault (geralmente menores que a saturação do núcleo) tendem a aumentar e é por isso que você vê um desenvolvimento significativo ao tornar os núcleos adequados para alternar acima de 1 MHz.

Portanto, como você pode aumentar a eficiência diminuindo a frequência, por que as frequências de comutação não ocorrem em faixas mais baixas; a faixa de 100Hz-10kHz, por exemplo?

Em baixas frequências, a saturação do indutor é um grande fator - menor a frequência e as perdas de saturação podem subitamente disparar. Se você mantiver o equilíbrio entre perdas dinâmicas e estáticas nos seus MOSFETs, essa é geralmente a melhor frequência a ser buscada (como mencionado anteriormente).

Será que as mudanças de corrente com as quais o indutor precisa lidar são muito altas e as perdas resistivas na fiação do indutor começam a dominar como a principal fonte de perda de energia?

Freqüência mais baixa significa menos energia transferida por segundo e isso significa que você precisa correr em correntes mais altas (para a mesma saída de energia), mas não fique obcecado com isso. A execução do CCM (modo de condução contínua) significa que a corrente de ondulação pode ser muito pequena para transferir a mesma energia.

Duas razões...

1. Frequências mais altas significa que você pode usar componentes menores, mais baratos e mais leves.

2. Sob uma certa frequência (cerca de 50 KHz), é gerado ruído audível. Na extremidade superior, ele enlouquecerá seus animais de estimação, mais baixo, você e seus usuários enlouquecidos.

O truque é chegar a um equilíbrio. Aumente a frequência o suficiente para limitar os custos e baixa o suficiente para encontrar interruptores adequados que não apresentem muita perda.

Há também outro trade-off. Frequências mais baixas significam mais ondulações com as quais você precisa lidar, mas, novamente, altas frequências significam mais ruído EMI.

Conseguir o equilíbrio certo é um pouco de arte.

Existem muitos fatores diferentes que determinam a escolha da frequência de comutação para qualquer conversor. Um deles é o tamanho magnético e do capacitor, que tendem a diminuir com o aumento da frequência. Se você diminuir a frequência, não apenas esses componentes aumentam, mas você também sofre de ruído acústico ao entrar na faixa de áudio. O segundo fator importante é a eficiência. Se você alternar permanentemente a 100 kHz em condições de carga leve, as perdas de comutação afetarão a eficiência em grande escala. Como resultado, muitos conversores CC-CC atualmente implementam o chamado modo foldback de frequência, que reduz a frequência de comutação à medida que a corrente de carga fica mais leve. Melhora muito a eficiência. Os controladores geralmente param de dobrar acima de 20 kHz por motivos de ruído acústico e entram no ciclo de pular se a corrente de carga cair ainda mais.

$f_c$$F_{sw}$$F_{sw}$$L$$V_{out}$$\omega_z=\frac{{R_L}(1-D)^2}{L}$$L$$F_{sw}$

$H_2$$H_3$já mais baixo) do que com o fundamental em potência máxima, se você estivesse alternando a 200 kHz. Espero que isso não tenha sido exagero! :)