Anahtarlama Frekansının Etkilediği Devre Faktörleri

Anahtarlamalı güç kaynaklarında, anahtarlama frekansı; devrenin işlevselliğinin çeşitli yönlerini etkiler. Bu yazımızda anahtarlama frekansından dolayı ortaya çıkan en önemli devre ilişkilerini konu aldık.

A- A+

15.07.2018 tarihli yazı 17613 kez okunmuştur.

Anahtar düzenleyicileri, adından da anlaşılacağı gibi bir sistemi açıp kapatarak DC/DC dönüşümü gerçekleştirir. Bir DC/DC dönüştürücünün anahtarlama frekansı, devrenin işlevselliğinin çeşitli yönlerini etkiler. Tipik bir indüktör bazlı devrede, anahtarlar; bir indüktörden akan akımı kontrol eder. Anahtarlama, periyodik bir kavramdır. Bu yüzden de anahtar-mod düzenlemesi frekans etkeninden etkilenir.

Gürültü, Ses

Anahtarlayıcılar, anahtarlama frekansında ve anahtarlama frekansının harmoniklerinde gürültü üretirler. Anahtarlamalı DC/DC dönüştürücüler, basit bir yapıya sahip değillerdir. Anahtarlama frekansı, devrenin işlevselliğinin ve performansının hemen her yönünü etkileyen temel bir parametredir. Aşağıdaki alt bölümler, indüktör bazlı anahtarlama perspektifinden yazılmıştır. Ancak bu hiçbir bilginin, şarj pompa düzenleyicileri için geçerli olmadığı anlamına gelmez.

►İlginizi Çekebilir: Alçak Gerilim Anahtarlama Elemanları

Yüksek bir anahtarlama frekansı kullanmak, bazı durumlarda gürültü ile baş etmenin kolay bir yolu olarak kabul edilir. Çünkü; düşük geçiş filtresi ekleyerek sorunlar daha etkili bir şekilde çözülebilir. Bu işlem gerçekleştirilirken, gürültünün daha düşük emisyon sınırlarına sahip olan yakındaki RF devresi tarafından kullanılan frekans bantlarına itilmediğinden emin olunulması gerekir.

Hem yürütülen hem de yayılan gürültüyü değiştirdiğimizde frekans da değişir. Gürültü sorunu az ise gürültünün yukarı veya aşağı sıklığını hareket ettirerek gürültü kaybolur, geçiş yapamaz. Buradaki temel fikir, anahtarlayının, anahtarlama frekansı harmoniklerinde gürültü üretecek olmasıdır.

Verim

Anahtarlamalı güç kaynaklarında, anahtar-mod düzenlemesi önemli bir etkendir. Çünkü; bir transistör tamamen açık ve tamamen kapalı olması durumlarıyla ilişkili düşük güç dağılımından yararlanır. Önemli güç kayıpları, sadece açık ve sadece kapalı olması durumu arasındaki ara bölgede meydana gelir. Eğer bir transistör, çok sık açılıp kapanırsa, daha fazla güç harcanır ve verim düşer. Yani, yüksek frekans; daha düşük verimlere yol açar. Ayrıca yüksek frekanslar kullanıldığında daha az kart alanı gereklidir. Çünkü pasif bileşenler daha küçüktür.

Yukarıdaki çizimde, anahtarlama frekansı ve verimlilik arasındaki ilişkiye dair bir örnek verilmiştir.

Pano Aralığı

Anahtarlama düzenleyicilerin çok yönlülüğü ve yüksek verimliliği, küçük, pille çalışan cihazları cazip seçenekler haline getirmekte. Pasif bileşenler, daha küçük olabileceği için daha yüksek frekanslar kullanıldığında daha az kart alanı kaplar. Genel olarak, daha yüksek bir anahtarlama frekansı, dönüştürücünün çıkış filtresinin, daha düşük kapasitans ve endüktans değerleri ile karşılaştırılabilir bir performans elde etmesine ve daha düşük kapasitans ve endüktans değerlerinin daha küçük kapasitörlere ve indüktörlere karşılık gelmesine izin verir.

Dalgalanma

Dalgalanmanın devrelerdeki etkisi uygulamadan uygulamaya değişir. Dijital devreler, besleme dalgasına oldukça dayanıklıdır. Ayrıca İlgili frekansta iyi bir güç kaynağı reddetme oranına (PSRR) sahip olan bazı analog bileşenler de oldukça dayanıklıdır. Buradaki devre ilişkisi, daha yüksek anahtarlama frekansının daha düşük dalgalanma anlamına gelmesidir. Aşağıdaki çizim size bu ilişkiye bir örnektir.

Anahtarlama frekansının artışına dikkat edilmesi gerekir. Çünkü, anahtarlama frekansının artışıyla birlikte, dalgalanma frekansının analog bileşenlerin daha düşük PSRR'ye sahip olduğu bir bant haline getirilmiş olur. Bu olayın gerçekleşme ihitmali oldukça fazladır. Çünkü PSRR, frekans arttıkça azalmaya meyillidir. Ancak, bazı durumlarda MAX40018 gibi bir bileşenle sonuçlanabilir.