Frecuencias mínimas de conmutación en convertidores Boost

¿Por qué las frecuencias de conmutación de los convertidores boost están por encima del rango de 100 kHz?

Si entiendo correctamente, a medida que la frecuencia aumenta de 100 kHz hacia arriba, la corriente de ondulación que se crea a partir del inductor disminuye, el cambio de corriente con el tiempo disminuye en el inductor y los componentes pueden ser más pequeños porque no tienen que lidiar con mayores ( relativa) corrientes. Sin embargo, se ven contrarrestados por la disminución de la eficiencia de las pérdidas de conmutación en el MOSFET, así como por las pérdidas del núcleo del inductor.

Entonces, dado que puede aumentar la eficiencia al disminuir la frecuencia, ¿por qué no se cambian las frecuencias en rangos más bajos? el rango de 100Hz-10kHz, por ejemplo? ¿Es que los cambios de corriente con los que el inductor tiene que lidiar son demasiado altos y las pérdidas resistivas del cableado del inductor comienzan a dominar como la principal fuente de pérdida de potencia?

¿Por qué las frecuencias de conmutación de los convertidores boost están por encima del rango de 100 kHz?

Un potente convertidor de impulso podría funcionar en el rango de kHz bajo / medio y podría hacerlo porque los transistores de potencia utilizados son dispositivos inherentemente lentos. El truco es operar a una frecuencia donde las pérdidas estáticas son aproximadamente iguales a las pérdidas dinámicas.

Si entiendo correctamente, a medida que la frecuencia aumenta de 100 kHz hacia arriba, la corriente de ondulación que se crea a partir del inductor disminuye, el cambio de corriente con el tiempo disminuye en el inductor y los componentes pueden ser más pequeños porque no tienen que lidiar con mayores ( relativa) corrientes.

La corriente de ondulación establece la escena para la cantidad de energía almacenada por el inductor y dada al condensador cíclicamente. A frecuencias más altas, esta transferencia se realiza más veces por segundo, por lo tanto, para la misma potencia entregada a una carga, la corriente de ondulación podría ser menor, pero esto no entrega la misma potencia (energía proporcional a la corriente al cuadrado) y, por lo tanto, la inductancia tiene para reducirse y esto aumenta la corriente de ondulación. Si intenta tener en cuenta la posibilidad de ejecutar el modo de conducción discontinua o continua, entonces no es tan claro como podría pensar.

Los componentes pueden ser más pequeños, sí.

Sin embargo, se ven contrarrestados por la disminución de la eficiencia de las pérdidas de conmutación en el MOSFET, así como por las pérdidas del núcleo del inductor.

Si y no. Las pérdidas por cambio aumentan, pero algunas pérdidas centrales se reducen, como la saturación. Sin embargo, las pérdidas por corrientes parásitas (generalmente más pequeñas que la saturación del núcleo) tenderán a aumentar y es por eso que ve un desarrollo significativo al hacer que los núcleos sean adecuados para cambiar por encima de 1 MHz.

Entonces, dado que puede aumentar la eficiencia al disminuir la frecuencia, ¿por qué no se cambian las frecuencias en rangos más bajos? el rango de 100Hz-10kHz, por ejemplo?

A bajas frecuencias, la saturación del inductor es un factor importante: reducir la frecuencia y las pérdidas de saturación pueden dispararse repentinamente. Si mantiene el equilibrio entre las pérdidas dinámicas y estáticas en sus MOSFET, esa suele ser la mejor frecuencia para apuntar (como se mencionó anteriormente).

¿Es que los cambios de corriente con los que el inductor tiene que lidiar son demasiado altos y las pérdidas resistivas del cableado del inductor comienzan a dominar como la principal fuente de pérdida de potencia?

Una frecuencia más baja significa menos energía transferida por segundo y esto significa que tienes que correr a corrientes más altas (para la misma potencia de salida) pero no te obsesiones con esto. Ejecutar CCM (modo de conducción continua) significa que la corriente de ondulación puede ser muy pequeña para transferir la misma energía.

Dos razones...

1. Las frecuencias más altas significan que puede usar componentes más pequeños, más baratos y más livianos.

2. Bajo cierta frecuencia (aproximadamente 50KHz) se genera ruido audible. En el extremo superior, enloquecerá a tus mascotas, más abajo te volverá loco a ti y a tus usuarios.

El truco es llegar a un equilibrio. Haga que la frecuencia sea lo suficientemente alta como para limitar los costos, mientras que sea lo suficientemente baja como para poder encontrar interruptores adecuados que no sean demasiado con pérdidas.

También hay otra compensación. Las frecuencias más bajas significan más ondulación con la que tiene que lidiar, pero nuevamente, las frecuencias altas significan más ruido EMI.

Conseguir el equilibrio adecuado es un poco un arte.

Hay muchos factores diferentes que dictan la elección de la frecuencia de conmutación para cualquier convertidor. Uno de ellos es el magnetismo y el tamaño del condensador, que tienden a reducirse a medida que aumenta la frecuencia. Si baja la frecuencia, no solo estos componentes se hacen más grandes, sino que también sufrirá ruido acústico cuando ingrese al rango de audio. El segundo factor importante es la eficiencia. Si cambia permanentemente a 100 kHz en condiciones de carga ligera, las pérdidas de conmutación afectarán la eficiencia a lo grande. Como resultado, muchos de los convertidores dc-dc de hoy implementan el llamado modo de reducción de frecuencia que reduce la frecuencia de conmutación a medida que la corriente de carga se vuelve más ligera. Mejora mucho la eficiencia. Los controladores generalmente dejan de plegarse por encima de 20 kHz por razones de ruido acústico e ingresan al ciclo de omisión si la corriente de carga cae más.

$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$ya más bajo) en lugar de con el fundamental a plena potencia si estuviera cambiando a 200 kHz. Espero que esto no sea demasiado verborrea! :)