Apa yang Harus Dipertimbangkan Berkenaan dengan Frekuensi Switching

Sakelar catu daya mode sakelar dengan frekuensi yang tetap, dapat disesuaikan, atau disinkronkan ke jam eksternal. Nilai frekuensi switching menentukan ukuran fisik dan, karenanya, biaya kapasitor dan induktor suplai. Ada kecenderungan ke arah frekuensi switching yang lebih tinggi untuk memungkinkan desain sirkuit yang ringkas dan berbiaya rendah. Osilator built-in dalam IC regulator switching biasanya ditentukan untuk rentang frekuensi yang sangat luas dalam lembar datanya. Misalnya, IC konverter buck monolitik ADP2386 memiliki jaminan ±10% dari frekuensi switching yang ditetapkan. IC regulator switching umum lainnya ditentukan untuk ±20% atau bahkan lebih. Sebuah set ADP2386 dengan RT ke frekuensi switching 600 kHz dapat beralih pada 540 kHz dan 660 kHz dalam kasus ekstrim, mengingat ± 10% variasi komponen dalam frekuensi switching dari ADP2386. Gambar 1. Konverter buck ADP2386 dengan frekuensi switching diatur dengan resistor RT. Variasi frekuensi switching yang mungkin sebesar 20% ini harus diperhitungkan saat merancang rangkaian karena arus puncak melintasi induktor berbeda tergantung pada frekuensi switching yang sebenarnya. Akibatnya, riak arus induktor memiliki efek langsung pada riak tegangan keluaran. Gambar 2 menunjukkan pengaruh frekuensi switching pada riak arus induktor. Frekuensi switching nominal 600 kHz ditunjukkan dengan warna biru. Frekuensi switching minimum (540 kHz) ditampilkan dalam warna ungu dan maksimum (660 kHz) dalam warna hijau. Pada pengaturan nominal 600 kHz, kita melihat riak arus puncak-ke-puncak sebesar 1.27 A ketika regulator beralih pada 540 kHz. Namun, dengan pengaturan frekuensi yang sama 600 kHz, regulator switching juga dapat beralih pada 660 kHz, yang sesuai dengan riak arus 1.05 A. Dalam contoh ini, perbedaan riak arus kumparan 220 mA dapat terjadi karena variasi dalam perpindahan frekuensi dari komponen ke komponen dalam suatu rangkaian. Ini melebihi seluruh rentang suhu yang diizinkan. Gambar 2. Arus kumparan puncak ke puncak dipengaruhi oleh variasi frekuensi switching. Pengaturan batas saat ini dari regulator switching harus dikoordinasikan dengan efek ini. Arus puncak harus cukup rendah untuk memastikan bahwa proteksi arus lebih yang ada tidak diaktifkan selama operasi normal. Perhatikan, semua variasi lain yang juga dapat terjadi, seperti variasi nilai induktor dan kapasitor, tidak diperhitungkan dalam contoh ini. Untuk riak tegangan keluaran, perubahan yang sesuai dalam riak arus menghasilkan nilai yang ditunjukkan pada Gambar 3. Rangkaian dirancang sedemikian rupa sehingga riak tegangan 4.41 mV terjadi pada frekuensi switching 600 kHz. Untuk frekuensi switching 540 kHz, riak tegangan adalah 5.45 mV; pada 660 kHz, riak tegangan 3.66 mV dapat dilihat. Gambar 3. Perubahan riak tegangan keluaran akibat variasi frekuensi pensaklaran pada IC pengatur mode sakelar. Untuk tujuan contoh ini, satu-satunya variasi komponen yang dipertimbangkan adalah frekuensi switching pada rentang suhu yang diizinkan. Dalam praktiknya, ada banyak variabel lain, seperti variasi nilai sebenarnya dari induktor dan kapasitor. Ini juga dipengaruhi oleh suhu operasi. Namun, dapat juga diasumsikan bahwa, dalam banyak kasus, variasi aktual dalam frekuensi switching tidak akan mencapai nilai batas ±10%. Biasanya, perilaku akan muncul di sekitar nilai tipikal di tengah rentang yang ditentukan. Untuk pertimbangan sistematis semua variabel dinamis dalam catu daya, analisis Monte Carlo memberikan jawaban. Di sini, variasi dari berbagai komponen dan parameter variabel dibobot sesuai dengan probabilitas kemunculannya dan dihubungkan satu sama lain. Analisis Monte Carlo dapat dilakukan dengan perangkat lunak simulasi LTspice® yang tersedia secara gratis dari Analog Devices. Untuk informasi lebih lanjut tentang cara memvariasikan parameter dalam simulasi LTspice, silakan lihat artikel, "Analisis Sirkuit Kasus Terburuk dengan Simulasi Minimal Berjalan" oleh Gabino Alonso dan Joseph Spencer.

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan