Por que cronometramos os conversores Buck?

Desculpas se isso já tiver sido solicitado, mas não consegui encontrar uma resposta facilmente.

Então - todos nós sabemos o design básico de um conversor buck: PWM com clock de loop fechado em um filtro passa-baixo.

Mas minha pergunta é ... A parte do relógio é necessária? Alguém poderia fazer um conversor buck fechando o interruptor quando a tensão de saída atingir um certo "nível baixo" e abrindo o interruptor quando a tensão de saída atingir um certo "nível alto"?

Então, basicamente, um loop de feedback sem pulso com histerese para evitar o toque.

Existem muitos conversores histéricos ou modificados histéricos modificados disponíveis. Por exemplo, consulte os conversores de tempo constante DCAP da TI:

TPS53355

Ou um conversor histérico verdadeiro mais convencional:

LM3485

Na verdade, os conversores histéricos de fanfarrão exigem um ESR mínimo nas tampas de saída para estabilidade, portanto, eles tendem a não funcionar bem com capacitores de saída de cerâmica. (Sem alguma modificação.)

Também em um verdadeiro conversor histérico (não tanto com a abordagem COT) a frequência de comutação não é constante. Isso pode ser um problema com carga leve quando a frequência de comutação pode descer para a banda de áudio, causando ruído ou ruído sonoro. Também pode causar interferência com outros circuitos em determinadas frequências.

Por isso, também é difícil filtrar o ruído conduzido.

Sim, eu realmente fiz isso. É um pouco complicado de projetar, porque você precisa calcular com muito cuidado as correntes, as mudanças de tensão e os tempos de reação do comparador. Para manter as variações baixas, esses projetos são geralmente para uma faixa de tensão de entrada limitada e uma tensão de saída fixa.

O que você descreve é ​​realmente uma forma de sistema de pulso sob demanda, nesse caso implementado com eletrônica analógica. O pulso sob demanda tem mais ondulações do que algo que controla o ciclo de trabalho do PWM para regular a saída. No entanto, eles são simples, inerentemente estáveis, fáceis de analisar e fáceis de implementar no firmware.

Às vezes, uso um PIC10F202 com um algoritmo de pulso sob demanda como um conversor de baixo custo com muito perdão. Em muitas aplicações, 50 ou 100 mV de ondulação são bons. Isso é especialmente verdade quando o comutador de buck é um pré-regulador que alimenta um LDO logo acima da tensão de entrada mínima. Um truque que uso muito com esse tipo de comutador buck é usar um transistor PNP ao redor do LDO como um comparador para determinar quando a entrada é uma queda de junção acima da saída. Isso dá ao LDO o suficiente para trabalhar com confiabilidade, mas não tanto para desperdiçar muita eficiência.

Muitas vezes, é conveniente ter um suprimento bruto de +700 mV. Você pode usá-lo para alimentar LDOs de ponto de uso distribuído e para alimentar coisas que não precisam de uma tensão altamente regulada, como LEDs, por exemplo. Isso mantém a demanda atual fora dos LDOs, para que possam ser pequenos e baratos, como os pacotes SOT-23 ou SOT-89 .

E, nos anos 80, uma famosa nota de aplicação encontrada na folha de dados National LM317 Os reguladores histeréticos são quase uma nova estratégia de controle desenvolvida.

Esse conversor é possível, mas sua ondulação de saída terá características muito diferentes de um conversor com clock.

Com um conversor com clock normal, a ondulação da saída permanecerá praticamente na mesma frequência em uma ampla gama de cargas, mas aumentará em magnitude com uma carga maior.

Com o seu conversor baseado em tensão de saída, a magnitude da ondulação de saída permanecerá a mesma, independentemente da carga, mas a frequência dessa ondulação será determinada pela carga. A ondulação de alta frequência geralmente é muito mais fácil de filtrar do que a baixa frequência.

Você também precisa considerar superação, especialmente na inicialização. Lembre-se rapidamente quando o interruptor está ligado, você está carregando o indutor. Depois de desligar o interruptor, a tensão continuará a aumentar até que a taxa de descarga do indutor fique abaixo da corrente consumida pela carga.