¿Por qué las cargas más pequeñas requieren inductores más grandes en los reguladores reductores?

Una explicación más teórica:

La corriente a través del inductor de un SMPS es como un triángulo. La corriente promedio de este triángulo es igual a su carga. El valor pico a pico está determinado por los diversos voltajes de entrada y salida, la frecuencia de conmutación, el ciclo de trabajo y el inductor.

La primera figura muestra un convertidor reductor. El segundo muestra las formas de onda del convertidor reductor. Muestra el interruptor S, el voltaje a través del inductor y la corriente a través del inductor. Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje a través del inductor es Vin-Vout. Cuando el interruptor está abierto, el voltaje a través del inductor es -Vout. El diodo se asume en este ideal y por lo tanto tiene una caída de voltaje cero. Un convertidor reductor tiene una regla que Vin> Vout, por lo que tiene un voltaje positivo 'cargando' el inductor y un voltaje negativo 'descargando' el inductor. La tasa de cambio en la corriente depende de este voltaje e inductancia. Si desea una salida estable, la rampa ascendente debe ser tan "alta" como la rampa descendente. De lo contrario, obtendrá un promedio descendente o ascendente. Hay un equilibrio. En matemáticas, esto se reduce a esto:

El primer término de la fórmula describe la rampa ascendente y el segundo término describe la rampa descendente. Como puede ver, la frecuencia de conmutación y el ciclo de trabajo se han simplificado a t_on y t_off. El ciclo de trabajo solo depende de la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada. El ciclo de trabajo no cambiará con la carga variable.

El nivel de 'velocidad' de rampa ascendente y descendente solo cambiará si cambia los voltajes de entrada/salida, el valor del inductor o la frecuencia de conmutación. Aumentar la frecuencia de conmutación reducirá las rampas ascendentes y descendentes, pero no siempre es posible aumentar la frecuencia de conmutación (tal vez ya esté operando al máximo). Los voltajes de entrada/salida deben permanecer constantes, esa es la aplicación con la que está tratando. Si aumenta el inductor, el cambio en la corriente a través del inductor disminuirá. Esa es la única herramienta que tienes disponible.

¿Por qué es esto un problema? Bueno, en las formas de onda que he mostrado, el convertidor funciona bien. La corriente mínima a través del inductor no llega a cero. ¿Qué sucede si la corriente promedio cae tanto que el inductor llega a cero?

El convertidor tendría que recurrir al modo discontinuo. No todos los convertidores pueden hacer esto. Esto a veces requiere que el convertidor se salte ciclos. Si el convertidor abre el interruptor durante un tiempo mínimo, se transfiere cierta cantidad de energía. Esto se almacena en el capacitor, pero no se consume lo suficientemente rápido. Esto influirá en el voltaje de salida, lo que hace que el convertidor sea inestable. Si omite ciclos, el convertidor básicamente espera antes de que el voltaje de salida caiga lo suficiente antes de que requiera otro ciclo.

Un inductor de mayor valor significará que la corriente mínima se acercará más a su corriente promedio, posiblemente evitando una operación discontinua. Esto también implica por qué calcula el inductor mínimo a través de las hojas de datos. Siempre puede usar un inductor más grande, pero más pequeño puede causar problemas con cargas bajas. Sin embargo, si el SMPS también está diseñado para entregar alta potencia en situaciones, el inductor puede ser demasiado voluminoso y costoso.

Un convertidor capaz de cambiar al modo discontinuo es prácticamente libre de problemas con esto y no tiene que pasar por esto. El MC34063 es un chip bastante antiguo y genérico, por lo que es un poco más complicado.

Si no puede instalar un inductor más grande, agregue una carga mínima usted mismo.

Piensa en lo contrario. Un inductor más grande acumula corriente más lentamente cuando se le aplica el mismo voltaje. Por lo tanto, si necesita mucha corriente, debe usar un inductor más pequeño para acumular corriente más rápidamente, o dejar el interruptor encendido por más tiempo para acumular más corriente.

Para una corriente de salida más pequeña, no necesita necesariamente un inductor más grande. Sin embargo, hay un límite en el tiempo que es razonable mantener el interruptor encendido, por lo que hay una mínima acumulación de corriente en el inductor en cada ciclo del interruptor. Esa corriente mínima provoca un aumento mínimo de voltaje en la salida cuando se descarga allí. Por lo tanto, las fuentes de alimentación conmutadas diseñadas para alta corriente tendrán un voltaje de ondulación de salida mayor que aquellas con especificaciones máximas más estrictas, en igualdad de condiciones.

Si la ondulación de la salida no es una gran preocupación, puede usar el modo discontinuo con un esquema de control de pulso a pedido y obtener la menor corriente promedio que desee. La mayoría de los chips SMPS están diseñados para el modo continuo, ya que utilizan alta frecuencia para mantener bajo el tamaño del inductor físico. No entrarán en todas las compensaciones de diseño y harán algunas suposiciones sobre cuáles desea que sean las características de salida. Suele ser una respuesta transitoria rápida y de ondulación baja. Con estas consideraciones, existe un rango de corriente limitado donde las características serán "buenas". Al elegir los parámetros necesarios para el caso de corriente más alta, obtendrá un buen rendimiento hasta los niveles de corriente más bajos.

Las cargas más ligeras requieren más inductancia para permanecer en modo de conducción continua (CCM).

La ecuación de la nota de la aplicación que usted ref. da una inductancia Lmin que coloca al convertidor en el límite entre CCM y el modo de conducción discontinuo (DCM). Si usa la corriente de carga máxima en este cálculo, el convertidor resultante caerá en DCM en cualquier valor inferior a la carga máxima, donde cambiará su dinámica . (La regulación de CC seguirá siendo buena). En su lugar, base el cálculo de la inductancia en la carga mínima anticipada, de modo que el convertidor permanezca en CCM en el rango de carga.

Estoy en un barco similar al tuyo con este chip. Por lo que entiendo (y para reiterar lo que se dijo anteriormente), desea establecer su corriente promedio de modo que su ondulación de corriente pico a pico a través del inductor esté siempre por encima de 0 amperios. Si observa el gráfico con la corriente, el voltaje y el estado del interruptor promedio, querrá asegurarse de que i_min nunca llegue a 0. Para lograr esto, reduzca su ondulación actual y esto permitirá que su corriente promedio también baje ... acercándose a 0 .