Papel del capacitor de salida en el convertidor reductor en términos de frecuencia

La recomendación dada en la nota de aplicación no es nueva y el fenómeno es bien conocido. Un capacitor está hecho de varios parásitos entre los cuales se encuentra la resistencia en serie equivalente (ESR):

Esta ESR puede revelarse mediante un gráfico de impedancia o extraerse de la hoja de datos del condensador. Para un capacitor electrolítico, la ESR varía significativamente con la edad, la temperatura y la frecuencia, mientras que la capacitancia a veces se ve afectada por el sesgo según la tecnología adoptada. A baja temperatura, la ESR es grande, mientras que disminuye a una temperatura más alta.

Cuando ejecuta un análisis de señal pequeña del convertidor reductor operado en control de modo actual, termina con el circuito equivalente:

Puede ver el capacitor de salida desacoplando la carga$R$y aparece con su término parasitario,$r_C$. Esta combinación crea un cero en la función de transferencia. Si revisa las ecuaciones y determina la función de transferencia de control a salida de este convertidor, debe encontrar:

$H(s)=H_0\frac{1+\frac{s}{\omega_z}}{D(s)}$

En esta expresión, el numerador alberga el cero definido como$\omega_z=\frac{1}{r_CC}$. Este cero va a cambiar la respuesta de fase de la etapa de potencia que quieres estabilizar. Desde$r_C$va a cambiar con la temperatura y el tiempo, es su deber como ingeniero de diseño asegurarse de que la estrategia de compensación esté calibrada adecuadamente para garantizar un funcionamiento adecuado a pesar de estas variaciones. Monte Carlo, múltiples simulaciones de CA o análisis del peor de los casos pueden decirle qué tan robusto es su sistema al final.

Esta contribución cero también está presente en los reguladores lineales y debe seleccionar cuidadosamente el capacitor para evitar el llamado túnel de la muerte donde la estabilidad puede estar en juego con ciertos valores de ESR. Afortunadamente, en su circuito, el controlador le permite adaptar la estrategia de compensación para tener en cuenta las variaciones de ESR y otros contribuyentes.

1. Como dije en los comentarios, se requiere un poco de experiencia en Teoría de Control para comprender completamente. Este documento de On Semi podría ser un buen comienzo.

2. Eso es debido a la auto-resonancia del condensador. Un capacitor ideal tiene solo una parte capacitiva, pero un capacitor real no es diferente de un circuito RLC. Mirando el gráfico Zf de un capacitor, verá que Z alcanza su mínimo en una frecuencia. Esta frecuencia (la frecuencia de autorresonancia) está determinada por ESR (y también ESL , inductancia en serie efectiva), y se puede considerar como la frecuencia máxima a la que se puede usar el capacitor. Por encima de esta frecuencia, el ESL (es decir, el efecto inductivo) del capacitor se vuelve más efectivo y esto seguramente afecta la estabilidad del convertidor.

1. La capacitancia y la ESR forman un filtro de paso bajo RC. Si la ESR cambia diez veces, entonces la frecuencia de corte de RC también lo hará, por lo que cambia la frecuencia de filtrado.

Lo que nos lleva a 2)

Requiere que el regulador, o el circuito de compensación externo que tiene, esté diseñado para permitir esta variación en la ESR y la variación en la frecuencia de paso bajo o el regulador sale de la operación estable.

Por eso es importante la impedancia del condensador.