Анализ параметров силовой схемы импульсного понижающего преобразователя напряжения для питания цифровых СБИС

Разработка импульсного понижающего преобразователя напряжения начинается с расчёта параметров дросселя и выходного конденсатора. Величина индуктивности дросселя и ёмкости выходного конденсатора зависят от множества характеристик преобразователя, таких, как мощность преобразователя, величины входного и выходного напряжения, допустимый уровень пульсации выходного напряжения, допустимая относительная пульсация выходного тока, частота модуляции. Как правило, характеристики преобразуемого напряжения и мощность преобразователя задаются техническим заданием и не могут быть выбранными разработчиком самостоятельно. Частота же модуляции не относится к параметрам, характеризующим выходное питание преобразователя и может быть выбрана разработчиком на его усмотрение. Величины индуктивности дросселя и ёмкости выходного конденсатора имеют существенную зависимость от выбранной частоты модуляции. Чем выше частота модуляции, тем меньше величина индуктивности и ёмкости выходного конденсатора преобразователя. Это позволяет минимизировать общие физические размеры импульсного преобразователя. Однако при увеличении частоты модуляции увеличиваются потери энергии на силовом ключе и усиливается влияние электромагнитных помех. Выбор частоты модуляции импульсного преобразователя напряжения это всегда поиск компромисса между минимизацией размеров дросселя с выходным конденсатором и снижением КПД преобразователя вместе со снижением помехозащищённости питаемого устройства. В данной статье представлен пример анализа основных параметров силовой схемы преобразователя в широком диапазоне частот модуляции. Эти расчёты помогают разработчику найти оптимальное соотношение частоты модуляции с величинами дросселя и выходного конденсатора, если в соответствии с техническим заданием допускается использование различных частот модуляции. Также представлен пример расчёта зависимости параметров импульсного преобразователя от выходного напряжения и выходной мощности при фиксированной частоте модуляции.

1. А. В. Лукин. Новые направления развития преобразователей постоянного напряжения (по материалам зарубежной печати). «Электропитание», 2011, № 2, 2-4.

2. В. Жданкин. Радиационно-стойкие низковольтные DC/DC-преобразователи для распределенных систем электропитания ракетно-космической техники. «Компоненты и технологии», 2011, № 7, 130-136.

3. К. Мараско. Эффективное применение понижающих преобразователей постоянного тока производства компании Analog Devices. «Компоненты и технологии», 2011, №10, 55 – 58.

4. П. Ильин. Проблемы электромагнитной совместимости импульсных источников питания. «Электронные компоненты», 2010, №12, 11-16.

5. В. Жданкин. Высокоэффективные радиационно-стойкие DC/DC-преобразователи с низковольтными выходами — оптимальное решение для современных цифровых нагрузок. «Компоненты и технологии», 2011, № 10, 130-136.

6. Д. Шелле, Д. Касторена. Советы по проектированию понижающих преобразователей. «Новости Электроники», 2007, №8, 23-28.