Fréquences de commutation minimales dans les convertisseurs boost

Pourquoi les fréquences de commutation des convertisseurs boost sont-elles supérieures à 100 kHz?

Si je comprends bien, à mesure que la fréquence augmente de 100 kHz vers le haut, le courant d'ondulation qui est créé à partir de l'inductance diminue, le changement de courant au fil du temps diminue dans l'inductance, et les composants peuvent être plus petits car ils n'ont pas à faire face à de plus grands ( courants). Cependant, ils sont contrebalancés par une efficacité réduite des pertes de commutation dans le MOSFET, ainsi que des pertes du cœur de l'inductance.

Donc, étant donné que vous pouvez augmenter l'efficacité en diminuant la fréquence, pourquoi les fréquences de commutation ne se produisent-elles pas dans des plages inférieures; la gamme 100Hz-10kHz, par exemple? Est-ce que les changements de courant auxquels l'inductance doit faire face sont trop élevés et que les pertes résistives du câblage de l'inductance commencent à dominer comme la principale source de perte de puissance?

Pourquoi les fréquences de commutation des convertisseurs boost sont-elles supérieures à 100 kHz?

Un puissant convertisseur boost pourrait fonctionner dans la gamme des fréquences basses / moyennes kHz et pourrait le faire parce que les transistors de puissance utilisés sont des dispositifs intrinsèquement lents. L'astuce consiste à fonctionner à une fréquence où les pertes statiques sont approximativement égales aux pertes dynamiques.

Si je comprends bien, à mesure que la fréquence augmente de 100 kHz vers le haut, le courant d'ondulation qui est créé à partir de l'inductance diminue, le changement de courant au fil du temps diminue dans l'inductance, et les composants peuvent être plus petits car ils n'ont pas à faire face à de plus grands ( courants).

Le courant d'ondulation définit la scène de la quantité d'énergie stockée par l'inductance et donnée au condensateur de manière cyclique. À des fréquences plus élevées, ce transfert se fait plus de fois par seconde, donc, pour la même puissance délivrée à une charge, le courant d'ondulation pourrait être plus petit mais cela ne fournit pas tout à fait la même puissance (énergie proportionnelle au courant au carré) et donc l'inductance a à réduire et cela augmente le courant d'ondulation. Si vous essayez de prendre en compte la possibilité d'exécuter le mode de conduction discontinu ou continu, ce n'est pas aussi clair que vous pourriez le penser.

Les composants peuvent être plus petits, oui.

Cependant, ils sont contrebalancés par une efficacité réduite des pertes de commutation dans le MOSFET, ainsi que des pertes du cœur de l'inductance.

Oui et non. Les pertes de commutation augmentent, mais certaines pertes de cœur diminuent, comme la saturation. Cependant, les pertes par courants de Foucault (généralement inférieures à la saturation des noyaux) auront tendance à augmenter et c'est pourquoi vous voyez un développement significatif dans la fabrication de noyaux adaptés à la commutation au-dessus de 1 MHz.

Donc, étant donné que vous pouvez augmenter l'efficacité en diminuant la fréquence, pourquoi les fréquences de commutation ne se produisent-elles pas dans des plages inférieures; la gamme 100Hz-10kHz, par exemple?

Aux basses fréquences, la saturation de l'inductance est un facteur important - une baisse de la fréquence et des pertes de saturation peuvent soudainement exploser. Si vous maintenez l'équilibre entre les pertes dynamiques et statiques dans vos MOSFET, c'est généralement la meilleure fréquence à viser (comme mentionné au début).

Est-ce que les changements de courant auxquels l'inductance doit faire face sont trop élevés et que les pertes résistives du câblage de l'inductance commencent à dominer comme la principale source de perte de puissance?

Une fréquence plus basse signifie moins d'énergie transférée par seconde et cela signifie que vous devez fonctionner à des courants plus élevés (pour la même puissance), mais ne soyez pas obsédé par cela. L'exécution de CCM (mode de conduction continue) signifie que le courant d'ondulation peut être très faible pour transférer la même énergie.

Deux raisons...

1. Des fréquences plus élevées signifient que vous pouvez utiliser des composants plus petits, moins chers et plus légers.

2. Sous une certaine fréquence (environ 50 KHz), un bruit audible est généré. À l'extrémité supérieure, cela rendra vos animaux de compagnie plus faibles, plus bas, vous et vos utilisateurs deviendrez fous.

L'astuce consiste à trouver un équilibre. Rendez la fréquence suffisamment élevée pour limiter les coûts tout en étant suffisamment basse pour pouvoir trouver des commutateurs appropriés qui ne soient pas trop destructeurs.

Il y a aussi un autre compromis. Des fréquences plus basses signifient plus d'ondulation que vous devez gérer, mais là encore, des fréquences élevées signifient plus de bruit EMI.

Trouver le bon équilibre est un peu un art.

Il existe de nombreux facteurs différents qui dictent le choix de la fréquence de commutation pour tout convertisseur. L'un d'eux est le magnétique et la taille des condensateurs qui ont tendance à diminuer à mesure que la fréquence augmente. Si vous descendez en fréquence, non seulement ces composants deviennent plus gros, mais vous souffrirez également de bruit acoustique lorsque vous entrerez dans la plage audio. Le deuxième facteur important est l'efficacité. Si vous passez en permanence à 100 kHz dans des conditions de faible charge, les pertes de commutation affecteront considérablement le rendement. En conséquence, de nombreux convertisseurs cc-cc actuels mettent en œuvre un mode dit de repli de fréquence qui réduit la fréquence de commutation à mesure que le courant de charge devient plus léger. Cela améliore beaucoup l'efficacité. Les contrôleurs arrêtent généralement de se plier au-dessus de 20 kHz pour des raisons de bruit acoustique et entrent dans le cycle de saut si le courant de charge baisse encore.

$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$déjà plus bas) plutôt qu'avec le fondamental à pleine puissance si vous commutiez à 200 kHz. J'espère que ce n'était pas trop de verbiage! :)