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Welligkeitsrechner für den Ausgang des Schaltreglers

Berechnen Sie die Ausgangsspannungswelligkeit des Abwärtswandlers, die Stromwelligkeit des Induktors und den ESR-Beitrag für das Design des Schaltreglers

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Formel

ΔI_L = (V_in − V_out) × D / (L × f), ΔV ≈ √(ΔV_C² + ΔV_ESR²)

D— Duty cycle
L— Inductance (H)
f— Switching frequency (Hz)
C— Output capacitance (F)
ESR— Equivalent series resistance (Ω)

Wie es funktioniert

Ein Schaltregler wandelt Gleichspannung von einer Ebene in eine andere um, indem Halbleiterbauelemente, typischerweise MOSFETs oder Transistoren, hochfrequent geschaltet werden. Im Gegensatz zu linearen Reglern, die überschüssige Energie als Wärme ableiten, erreichen Schaltregler einen hohen Wirkungsgrad, indem sie Leistungsgeräte schnell ein- und ausschalten. Die Welligkeit der Ausgangsspannung ist ein kritischer Parameter, der die Spannungsschwankung im Bereich des gewünschten DC-Ausgangspegels darstellt, die durch die Schaltwirkung und durch Energiespeicherkomponenten wie Induktoren und Kondensatoren verursacht wird.

Bearbeitetes Beispiel

Stellen Sie sich einen Abwärtswandler mit einer Eingangsspannung von 12 V, einer Ausgangsspannung von 5 V, einer Schaltfrequenz von 100 kHz und einem Induktorwert von 100 μH vor. Schritte zur Berechnung der Welligkeit: 1) Berechnen Sie den Arbeitszyklus D = Vout/Vin = 5 V/12 V = 0,417, 2) Berechnen Sie die Welligkeitsspannung von Spitze zu Spitze mit ΔV = (Vin - Vout) * D/(f * L) = (12 V — 5 V) * 0,417/(100.000 Hz * 100e-6 H) = 0,294 V oder 294 mV

Praktische Tipps

  • ✓Wählen Sie Kondensatoren mit niedrigem ESR-Wert, um die Welligkeit zu minimieren
  • ✓Verwenden Sie höhere Schaltfrequenzen für eine geringere Restwelligkeit
  • ✓Wählen Sie größere Induktivitätswerte, um die Strom-/Spannungswelligkeit zu reduzieren
  • ✓Erwägen Sie den Einsatz von Ausgabefiltertechniken für kritische Anwendungen

Häufige Fehler

  • ✗Vernachlässigung parasitärer Resistenzen bei Berechnungen
  • ✗Bauteiltoleranzen übersehen
  • ✗Verwendung unangemessener Komponentenbewertungen
  • ✗Überlegungen zum Wärmemanagement ignorieren

Häufig gestellte Fragen

Die Spannungswelligkeit resultiert aus der Schaltwirkung, den Energiespeicherelementen und den Lastschwankungen während der Lade- und Entladezyklen von Induktoren und Kondensatoren.
Verwenden Sie höhere Schaltfrequenzen, größere Induktivitäten, Kondensatoren mit niedrigem ESR-Wert und Ausgangsfiltertechniken wie LC-Filter.
Die zulässige Welligkeit hängt von der Anwendung ab, liegt aber bei den meisten elektronischen Systemen in der Regel zwischen 1 und 5% der Ausgangsspannung.

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