Güç malzemeleri modern elektroniklere hükmetmektedir, çünkü yüksek verimliliği küçük bir ayak izi ile birleştirirler. Her geçiş dönüştürücünün kalbinde güvenilir, yüksek performanslı güç tedarik tasarımları için nasıl doğru bir şekilde yer alır. Bu kılavuz, elektrik enerjisinin temel prensiplerini, tasarım parametrelerini, topolojiye özgü düşünceleri olmadan, sürekli geçiş işlemlerinin kabul edilemez bir şekilde dağıtılması ve enerji depolama elementlerini nasıl birleştirileceği konusunda gerekli olan temel ilkeleri kapsar.

Anahtarlama perdeleri içinde Enerji Depolamanın Temelleri

Anahtarlama dönüştürücüler hızla yarı iletken bir (MOSFET veya BJT) ile çalışır ve böylece giriş gerilimini pulslara kadar doldururlar. Bu pullar, geçiş sırasında enerji depolama elementleri tarafından ortalamalanır.Inductor, geçiş sırasında manyetik alanda enerji oluştururlar ve onu serbest bırakırlar.

Bu bileşenlerin davranışı temel ilişkiler tarafından yönetilir.Indüktörler için, volt-saniye dengesi her geçiş döngüsünde muhafaza edilmelidir.In kapasitörler, mevcut ikinci (şarj) denge, ortalama kapasitör mevcut sıfırın sabit durumda olduğunu garanti eder.Bu kısıtlamalar, belirli bir geçiş frekansı için gerekli olan değeri ve kapasite değerleri belirler, giriş- ⁇ gerilim farkı ve mevcut yük.

Enerji Depolama Elements olarak Inductors

Bir inductor, mevcut akışlar içinde manyetik alan şeklinde enerji depolar. Depolamalı enerji, mevcut dalgalanmaları ve kareyi belirler: 0,0) Bir geçiş dönüştürücüsinde, hızlayıcısı, şu anda genellikle bir triangular veya daha fazla dalga dalga dalga boyun eğlendiricisi vardır.

Core material Selection eleştirel. Ferrite çekirdeği daha yüksek geçirgenlik ve düşük eddy-şimdiki kayıplar yüksek frekanslarda sunar, çoğu modern dönüştürücüler için ideal hale getirir (DC artı yarı ripple) Tozlu demir çekirdeği daha yüksek bir oturma süresi sağlar, ancak daha fazla çekirdek kaybı sunar; onlar genellikle yüksek akım ve potansiyel hasarlara yol açan uygulamalardır.

Bakır kayıpları (I2R) ve temel kayıplar (hysteresis ve eddy akım) ısıyı üretmektir. Tasarımcıların ısı artışının en kötü durumda yük ve çevre koşulları altında kaldığını doğrulamaları gerekir.AİLFLT:0)Text Instruments

Enerji Depolama ve Filtrelemede Yararlayıcılar

Capacitors bir elektrostatik alanda enerji depolar. Güç malzemeleri, şarj cihazının öncelikle mevcut komplike tarafından yaratılan gerilimin bozulmasıdır.[Dönemli gerilimler, kapalı akışlar ile sınırlı değişkenleri eşitler).

Elektrolimanyetik kapasitörler (aluminum veya tantalum) yüksek kapasitelilik ve düşük maliyet sunar, ancak DC önyargı ve sıcaklık altında nispeten yüksek ESR ve ESL'e sahiptir. Seramik kapasitörler, özellikle Sınıf II dielektrikler (X5R, X7R), çok düşük ESR ve ESL, mükemmel yüksek frekanslı performans ve uzun bir yaşam sağlar.

Mevcut derecelendirmeye saygı gösterilmesi gerekir: Aşırı iç ısıtma ve erken başarısızlıklara neden olur. Capacitor (aşağıdaki en yüksek gerilimin 20-50%) özellikle de gerilim katlarından muzdarip seramik türleri için.Ücretsiz cihazlardan ayrıntılı bir teknik makale

Enerji Depolama Bileşenler için Anahtar Tasarım Parametreleri

Birkaç bağımlı parametre, indüktörler ve kapasitörler seçimine rehberlik eder. geçiş frekansı bir temel oluşturur: daha yüksek frekanslar daha küçük indükleme ve kapasitans değerlerine izin verir, ancak geçiş kayıpları artırabilir ve daha hızlı diyotlar veya MOSFET'ler denge boyutu, maliyet ve verimlilik gerektirir.

Ger ve Şimdiki Puanlar

İndüktörler ve kapasitörler en kötü görüntünün üstünde en az 20-30 olmalıdır. bir inductor için, oturma akımı (I) dönüştürücüler için, çıkış kapasitesinin en az 20-30 olması gerekir.

Eşdeğer Seri Direnişi (ESR) ve Ripple

ESR doğrudan gerilim dalgalanmasına katkıda bulunur, çünkü şu anki akışlar geniş bir aralıkta düşük ESR azaltır, ancak güç aşamasında da sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan kapasitör tipi ve paralel birimlerin sayısı azalır.

Frekans Yanıtı ve Kendi kendini Yeniden Frekans

Her kapasitörün kendi kendine ait bir frekansı vardır (SRF) onun dürtüsü en aza indirilir.SRF Yukarıda, kapasitör yüksek frekanslı elektroliz için ideal hale getirir.

Topology-Specificceptations

Farklı geçiş dönüştürücü topolojileri, indüktörler ve kapasitörler üzerinde farklı stresler yer almaktadır. Aşağıdaki alt bölümler en yaygın türlere hitap eder.

Buck Converters

Bir buck dönüştürücüsinde, inductor geçiş düğümü ve çıktı arasında yer almaktadır. geçiş sırasında, mevcut rampalar, enerji depolamak; geçiş sırasında, ESR ve kapasitance, şarj edilebilir bir devrede ve elektrik serbest bırakmak.Kapalıtlı bir değer, istenen dalgalanan bir miktara göre seçilir (tipik olarak en yüksek yüklerin% 20-40'ı)

Boost Converters

Bir kuvvet dönüştürücüsinde, inductor girdi ve node'yi geçmek arasında yer almaktadır. Anahtar, in-time sırasında, enerji depolamak için indüktör gerilimi, giriş gerilimine eklenir, yükleme dönüştürücüleri özellikle de şarj edilebilir hale getirmek için hassastır.

Buck-Boost ve SEPIC kanallarını

Buck-boost dönüştürücüler (aslında veya olmayan) ve SEPIC (single çıktı birincil indüktör) veya iki çiftli indüktörlükte.Bu topolojiler, DC seviyelerinin üzerinden gelen enerjiler nedeniyle ekstra strese sahiptir.Inductor seçimi hem giriş hem de çıkış noktaları için dikkate alınmalıdır.

Pratik Uygulama ve Layoutout

İdeal bileşenler gerçek dünyada mevcut değildir; parasitik indüktörler ve kapasitances PCB izlerinin, bileşeninin yol açtığı ve iç yapıların degrad performansı. Proper düzeni, enerji depolama elementlerinin amaçlanan faydalarını anlamak için gereklidir.

Parasitik İndükleme ve Capacitance

İndüktörler ve kapasitörler, yüksek akım gürültü yollarına kadar geçişe ve yüke kadar yerleştirilmelidir. Yüksek akım döngü (kanıt kapasitör, geçiş, çıkış kapasitesi) doğrudan güç kaynağında ve çıkış noktaları yüksek frekanslı gürültü yolları için çok yardımcı olur.

İndüktörler ve Capacitors

İndüktörler manyetik flux'ı yaymalıdır; manyetik alanın mümkün olduğunca yüke müdahale etmesi gerektiği için yönlendirilmelidir. Sistemdeki birden fazla üretici veya T konfigürasyonda onları yükten uzaklaştırmak için yere geri yükleme işlemine izin vermek gerekir.

Termal Yönetim

Inductor çekirdek kayıpları ve bakır kayıpları ısıyı oluşturur. Operasyonel sıcaklık aralığı için yeterli bakır alanı sağlayın (105°C veya daha yüksek) ve bazı hava boşlukları yüksek olup yüksek ısıya bağlı kalabilen şarj cihazının yüksek olması gerekir; her 10°C artış tipik olarak alüminyum elektrolitiklerin hayatını artırır.

Gelişmiş Teknikler

Zorlu uygulamalarda, temel seçim ve düzen yeterli olmayabilir. Aşağıdaki teknikler performans ve güvenilirlik geliştirir.

Snubber Devreleri Damping için

Geçiş geçişleri, parasitik indüktörler ve kapasitanslar nedeniyle ringinge neden olur. Birkaç nanofarads ve kapasitances için bir kaç nanofarads ve direnç değer RLC tankına eleştirel bir şekilde benzemektedir.Snubbers Eductor ve gerilim stresi azaltır, ancak ek kayıplar sunar.

Multifaklar ve Interleaving

Yüksek akımlar için, multifaze buck dönüştürücüler birden çok indüktör ve kapasitörler kullanır, zaman içinde durmuş adımlarla.Bu interleaving girişi azaltır ve çıkış noktaları da azaltır, daha küçük indüktörler ve kapasitörler sağlar. Etkili ripple frekansı, faz sayısı ile çarpılır, basitleştirici filtreleme. Herhangi bir indüktörde herhangi bir şekilde doygunlamadan kaçınmak gerekir. Multifaze tasarımları da geçici olarak artırır, çünkü kombine çıkış engelleyicileri azaltır.

Seramik vs. Electrolytic Capacitors

Seramik kapasitörler en düşük ESR ve en iyi yüksek frekanslı performansı sunar, ancak kapasitansları DC önyargı altında önemli ölçüde azalır (X5R /X7R için% 60-80). Bu, yüksek nominal kapasitans veya yüksek çözünürlükte bir dielektrik kullanır (örneğin, C0G/NP0’ler küçük bir hacimde büyük kapasitelidir ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Enerji depolama elementleri - kanal ve kapasitörler - anahtarlama güç malzemelerinin arka kemiği.Onlar uygun seçim ve yerleştirme verimliliği, çıkış dalgalanmaları, geçici yanıt ve güvenilirlik. Enerji depolamanın temel prensiplerini anlamakla, parasitik etkiler ve farklı topolojilerin etkisi, katı performans hedeflerini karşılayan güç malzemeleri yaratabilir.Rezervatif ve kapasitör seçimine yönelik olarak, düşüncesel düzen ve gelişmiş tekniklerle birlikte, buharlı sistemlerdeki her şeyden önce sağlam bir operasyon sağlar.