Texas Instruments TI-PMLK Bedienungsanleitung Seite 62

Fallstudie
In diesem Experiment werden die Auswirkungen der Sättigung des Induktorkerns auf die Strom- und Spannungswelligkeit eines Abwärtsreglers untersucht. Dabei wird das unterschiedliche
Verhalten von Ferritkernen und Pulverkernen herausgestellt.
Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild des Abwärtsreglers, in
dem die Wellenformen von Induktorstrom, Ausgangskondensatorstrom
und Ausgangsspannung hervorgehoben sind. Es wird erwartet, dass der
Strom des Leistungsinduktors im Abwärtswandler eine Dreieckwellenform
aufweist. Die Größe der Spitze-zu-Spitze-Stromwelligkeit ΔI
der Eingangsspannung V , Ausgangsspannung V
in
Induktivität L ab. Dies gilt aber nur, wenn die Induktivität konstant ist. Die
Induktivität eines realen Induktors ist jedoch nicht konstant, da sie vom
Momentanstrom I (t) im Bauteil abhängt. Wie im Abschnitt
L
Hintergrund erläutert wird, nimmt die Induktivität L aufgrund der Sättigung
des Magnetkerns ab, wenn die Stromstärke zunimmt. Wie es zur Induktor-
sättigung kommt, richtet sich nach dem Material des Magnetkerns und den
Betriebsbedingungen. Die Ein- und Ausgangsspannung des Wandlers, die
Schaltfrequenz und der Laststrom können dazu führen, dass der Strom des
Induktors L nicht die erwartete Dreieckwellenform aufweist, was sich eben-
falls auf die Welligkeit des Ausgangskondensators C
die Strombelastung aller Leistungskomponenten des Wandlers auswirkt.
Prüfung 1. Wir messen die Welligkeit des Induktorstroms und der Ausgangsspannung unter Verwendung der zwei optionalen Induktoren des Abwärtsreglers TPS54160 bei verschiedenen
Eingangsspannungen und Lastströmen. Das Ziel besteht darin, das unterschiedliche Sättigungsverhalten von Pulver- und Ferritkernen bei zunehmendem Durchschnittsstrom herauszustellen.
Prüfung 2. Wir ermitteln anhand der experimentellen Messungen von ΔI
frequenzwerten.
hängt von
pp
V
I
, Schaltfrequenz f und
in
out s
Theoretischer
ESR
Eingangs-
kondensator
und allgemeiner auf
out
, V , V und f die Induktivität der beiden Induktoren bei verschiedenen Eingangsspannungs-, Laststrom- und Schalt-
pp in out s
I
L
DI
pp
I V
in sw
Q
–
V
–
gs
+
N-Kanal-
Cin
MOSFET
V
Diode
C
in
I
+
Cin
Abbildung 1: Vereinfachter Schaltplan des Abwärtswandlers
V
t
t
out
ON
ON
DV
I V
out out
T
T
s
s
Induktor I I V
L out out
L
ESR
Ausgangs-
Cout
kondensator
f
C
out
I
t I
Cout
ON
Cout
DI
pp
T
s
outpp