Texas Instruments TI-PMLK Bedienungsanleitung Seite 34

Erörterung
In Prüfung 1 haben wir den Zusammenhang zwischen dem Wirkungsgrad des Abwärtsreglers und den Laststrom- und Eingangsspannungswerten untersucht.
Der Wirkungsgrad des Abwärtsreglers sollte bei zunehmendem Laststrom abnehmen. Allerdings geschieht dies oberhalb eines bestimmten Laststrom-Schwellenwerts, der durch die Eingangsspannung
sowie die Parameter der Bauteile, die sich auf die Verluste auswirken, bestimmt wird. Tatsächlich zeigen die Verlustformeln im Abschnitt Theoretischer Hintergrund, dass die Verlustleistung der MOSFET-
Gate-Ladung, des Induktorkerns und des IC nicht vom Laststrom abhängen, während alle anderen Verluste linear oder quadratisch zum Laststrom verlaufen und je nach den Bauteilparametern größer
oder geringer sein können. Als Folge führen die Verluste, die nicht vom Laststrom abhängig sind, zu einer Abnahme des Wirkungsgrads, sobald der Laststrom unter einen bestimmten Schwellenwert
fällt. Oberhalb dieses Laststrom-Schwellenwerts beobachten wir stattdessen bei zunehmendem Laststrom eine Abnahme des Wirkungsgrads, da die Verluste größer werden, die vom Laststrom
abhängen.
Die Eingangsspannung wirkt sich in hohem Maß darauf aus, wie sich der Wirkungsgrad mit dem Laststrom ändert, da eine Erhöhung der Eingangsspannung zu einer Verringerung des Tastverhältnisses
und einer anderen Verteilung des Stroms zwischen MOSFET und Diode führt. Darüber hinaus arbeitet der Abwärtswandler bei hoher Eingangsspannung und niedrigem Laststrom im „Discontinuous
Conduction Mode". In diesem Betriebsmodus sind die Schaltverluste beim Einschalten des MOSFET vernachlässigbar, da der Baustein aktiviert wird, während der Strom zwischen Drain und Source
null ist. Außerdem ändern sich die anderen Verlustbeiträge aufgrund unterschiedlicher Stromwellenformen, wie im Abschnitt Experimentelle Oszilloskopkurven in den Abbildungen 5 und 7 gezeigt
wird. Die Verlustformeln für Abwärtswandler im Discontinuous Conduction Mode sind im Dokument [1] zu finden. (Lesen Sie auch das TI-PMLK Buck-Boost-Experimentierbuch, das eingehende
Informationen zum Analysieren der Verluste und des Wirkungsgrads von Schaltreglern im Discontinuous-Betriebsmodus enthält.)
In Prüfung 2 haben wir den Zusammenhang zwischen dem Wirkungsgrad des Abwärtsreglers und der Schaltfrequenz untersucht.
Die Schaltfrequenz hat einen vielfältigen Einfluss auf die Verluste der Leistungskomponenten, wie in den Verlustformeln im Abschnitt Theoretischer Hintergrund gezeigt. Tatsächlich nehmen die
Schaltverluste des Leistungs-MOSFET bei einer höheren Schaltfrequenz zu. Die Schaltfrequenz wirkt sich auch auf die Induktorverluste aus, insbesondere auf die Kernverluste. Der Induktor-
Rippelstrom wird ebenfalls durch die Schaltfrequenz beeinflusst, was sich wiederum auf die Kernverluste des Induktors sowie die Leitungsverluste des MOSFET und der Diode auswirkt. Im
Allgemeinen verringert ein niedrigerer Rippelstrom die Verluste, die von ihm abhängen. Schließlich beeinflusst die Schaltfrequenz den Betrieb im Continuous Conduction Mode oder Discontiunous
Experimentelle Oszilloskopkurven Experiment 2 wird der Zusammenhang zwischen der Induktorstromwelligkeit und
Conduction Mode, wie im Abschnitt in den Abbildungen 5 und 7 gezeigt wird. (In
der Ausgangsspannungswelligkeit analysiert. In Experiment 4 und in Experiment 5 werden die Auswirkungen der Induktorsättigung auf die Wellenform und den Spitze-Spitze-Wert des Rippelstroms
sowie auf den Strombegrenzungsbetrieb untersucht.)