Перейти к содержанию

Частота переключения

Импульсный стабилизатор включает и выключает ключ с постоянной частотой. От неё зависят размеры дросселя и конденсаторов, потери на переключение и то, на какой частоте будут пульсации и помехи.

Обновлено Редакция GAW

Частота переключения — частота, с которой ключ импульсного преобразователя включается и выключается. У стабилизаторов с фиксированной частотой её задаёт встроенный генератор: у onsemi LM2596 — 150 кГц, у TI LM2576 — 52 кГц. Как работает понижающий преобразователь, разобрано в статье «Понижающий преобразователь», общая теория — в статье «Импульсные преобразователи».

СтабилизаторЧастотаДопускПри перегрузке
LM2596 (onsemi)150 кГц±15 %, 135–165 кГцоколо 30 кГц
LM2576 (TI)52 кГц±10 %около 11 кГц

На что влияет

За один период ключ сначала запасает энергию в дросселе, потом дроссель отдаёт её в нагрузку. Чем выше частота, тем короче период и тем меньше энергии нужно запасти за раз — значит, меньше индуктивность и ёмкость фильтра. onsemi подставляет частоту 150 кГц прямо в формулу выбора дросселя LM2596 по произведению напряжения на время.

Обратная сторона — потери: ключ и диод теряют энергию при каждом переключении, и чем чаще переключения, тем больше уходит в тепло. Как это сказывается на итоговом коэффициенте полезного действия, объясняет термин «КПД преобразователя», а дроссель и конденсаторы под выбранный режим подберёт калькулятор DC-DC.

Частота при перегрузке

Если из-за замыкания или перегрузки выход падает примерно на 40 %, оба стабилизатора снижают частоту — LM2596 примерно до 30 кГц, LM2576 до 11 кГц. Наименьшее заполнение импульсов уменьшается с 5 до 2 %, и микросхема рассеивает меньше мощности. Это защитный режим, а не рабочий.

Частые вопросы

Почему у LM2596 дроссель меньше, чем у LM2576?

Потому что частота выше: 150 кГц против 52 кГц. За один период ключа дроссель должен запасти энергию на меньшее время, поэтому при той же пульсации тока нужна меньшая индуктивность. onsemi прямо подставляет 150 кГц в формулу выбора дросселя.

Почему частота падает при коротком замыкании выхода?

Это самозащита: когда выходное напряжение падает примерно на 40 %, LM2596 снижает частоту примерно до 30 кГц, а LM2576 — до 11 кГц. Наименьшее заполнение импульсов уменьшается с 5 до 2 %, и микросхема рассеивает меньше мощности.

Чем плоха слишком высокая частота?

При каждом переключении ключ и диод теряют энергию, поэтому с ростом частоты растут потери на переключение. Высокая частота уменьшает размеры дросселя и конденсаторов, но не бесплатно — КПД и нагрев ключа считают для выбранной частоты.

Источники

  1. onsemi. LM2596: 3.0 A, Step-Down Switching Regulator (LM2596/D, Rev. 1, December 2022) — внутренний генератор 150 кГц, допуск ±15 % — 135–165 кГц; при замыкании выхода или перегрузке, когда выход падает примерно на 40 %, частота снижается примерно до 30 кГц — минимальное заполнение уменьшается с 5 до 2 % и рассеяние микросхемы падает; дроссель выбирают по произведению напряжения на время E·T, в формулу входит частота 150 кГц; частота 150 кГц позволяет взять компоненты фильтра меньше, чем у стабилизаторов с более низкой частотой
  2. Texas Instruments. LM2576xx Series SIMPLE SWITCHER 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS107G, revised March 2023) — встроенный генератор фиксированной частоты 52 кГц, допуск ±10 %; при замыкании выхода или перегрузке частота снижается примерно до 11 кГц, чтобы уменьшить рассеяние микросхемы
  3. Vishay. How to Calculate Power Losses in Gen 5 Diodes (Application Note, Document Number 98280, revision 06-May-2022) — переход диода между открытым и закрытым состоянием сопровождается потерями переключения; на высоких частотах потери обратного восстановления могут быть заметной частью потерь

Нашли ошибку?

Смотрите также