Texas Instruments TI-PMLK Bedienungsanleitung Seite 46

Erörterung
In Prüfung 1 haben wir den Zusammenhang zwischen den Betriebsbedingungen und der Welligkeit des Eingangsstroms und der Ausgangsspannung untersucht.
Die Welligkeitsformeln (1)-(6) im Abschnitt Theoretischer Hintergrund untermauern den Einfluss der Eingangsspannung V , des Laststroms I und der Schaltfrequenz f auf die Welligkeit des Induk-
in out s
torstroms, der Ausgangsspannung und des Eingangsstroms.
Insbesondere ist zu erkennen, dass die Eingangsspannung und die Schaltfrequenz f einen großen Einfluss auf die Welligkeit des Induktorstroms haben. Entsprechend der Formel (1) für den ungesät-
s
tigten Induktor nimmt die Welligkeit zu, wenn die Eingangsspannung erhöht und die Schaltfrequenz verringert wird. Der Laststrom wirkt sich hingegen sehr wenig auf die Welligkeit des Induktorstroms
aus. In der Theorie sollte die Welligkeit des Induktorstroms unempfindlich gegenüber dem Laststrom sein, wie in Formel (1) gezeigt. Wenn jedoch der Laststrom zunimmt, kann es zu einer Erhöhung
des Tastverhältnisses kommen, um die größeren Verluste zu kompensieren. Dies kann zu einer geringfügigen Änderung der Stromwelligkeit entsprechend der Welligkeitsformel führen.
Schließlich kann anhand von Formel (5), die für einen richtig dimensionierten Eingangskondensator und eine vernachlässigbare Eingangsleitungsinduktivität gilt, festgestellt werden, dass die Welligkeit
des Eingangsstroms proportional zum Laststrom und umgekehrt proportional zur Schaltfrequenz verläuft sowie ein Maximum aufweist, wenn das Tastverhältnis D 0.5 beträgt (wenn also die Ein-
gangsspannung doppelt so groß wie die Ausgangsspannung ist). Die experimentellen Wellenformen des Eingangsstroms in den Abbildungen 5, 6 und 8 werden durch die Eingangsleitungsinduktivität
beeinflusst. Wenn die Eingangsleitungsinduktivität nicht vernachlässigbar ist, gilt die Formel (5) nicht, und es ist eine genauere Schaltungsanalyse erforderlich, um eine geeignete Welligkeitsformel
zu erhalten.
In Prüfung 2 haben wir den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der Kondensatoren und der Welligkeit des Eingangsstroms und der Ausgangsspannung untersucht.
Die Welligkeitsformeln im Abschnitt Theoretischer Hintergrund zeigen, dass sich eine Erhöhung der Kapazität im Allgemeinen positiv auf die Verringerung der Welligkeit der Ausgangsspannung und
des Eingangsstroms auswirkt. Außerdem ist zu beobachten, dass das Ändern der Art des Ausgangskondensators (elektrolytisch zu Keramik) Auswirkungen auf die Wellenform der Welligkeit der
Ausgangsspannung hat, wie in den experimentellen Beispielkurven in den Abbildungen 5 und 6 dargestellt. Bei Elektrolytkondensatoren ist die Spannungswelligkeit nahezu trapezförmig und nicht
Theoretischer Hintergrund
rein dreieckig, wie in der vereinfachten Wellenform in der Abbildung zu Formel (3) im Abschnitt dargestellt.
Die Empfindlichkeit der Welligkeit der Ausgangsspannung gegenüber den Betriebsparametern ist bei Elektrolytkondensatoren (hoher ESR) und Keramikkondensatoren (niedriger ESR) sehr unter-
schiedlich. Die Welligkeitsformel (3) im Abschnitt Theoretischer Hintergrund zeigt, dass die Spannungswelligkeit von Elektrolytkondensatoren lediglich proportional zur Welligkeit des Induktorstroms
ist. Also gilt was wir über die Induktorstromwelligkeit gesagt haben auch für die Ausgangsspannungswelligkeit. Aus der Welligkeitsformel (4) geht hervor, dass Keramikkondensatoren eine viel stärkere
Empfindlichkeit in Bezug auf die Schaltfrequenz aufweisen: Bei einer Verdoppelung der Schaltfrequenz wird die Welligkeit geviertelt, während sie bei einem Elektrolytkondensator halbiert wird (siehe
Abbildung 7 und 8). Die Empfindlichkeit der Welligkeit der Ausgangsspannung gegenüber dem Laststrom ist mit der Empfindlichkeit der Welligkeit des Induktorstroms identisch.
Die bei den Ein- und Ausschaltzeitpunkten des MOSFET zu beobachtenden scharfen Flanken werden durch die Streuinduktivität der Elektrolytkondensatoren verursacht. Keramikkondensatoren
weisen dagegen sehr niedrige ESR- und Streuinduktivitätswerte auf. Daher sieht die Wellenform ihrer Spannungswelligkeit wie die vereinfachte Wellenform in der Abbildung zu Formel (4) aus.
Der Einfluss des Ausgangskondensators auf die Abwärtswandlerleistung ist nicht auf den Betrieb im stationären Zustand beschränkt. Experiment 3 befasst sich mit dem Einfluss des Ausgangskon-
densators auf das dynamische Einschwingverhalten des Abwärtsreglers.