Filters voor schakelende regelaars

Zeven tips voor het kiezen van de juiste spoelen.

Schakelende voedingen zijn door hun hoge rendement niet meer weg te denken uit onze elektronica. Op dit moment zien we dat de uitgangsspanning telkens lager wordt en de uitgangsstroom telkens hoger. Spanningen onder de 1 V en stromen tot 60 A zijn al heel normaal aan het worden. Ook zien we dat de schakelfrequentie telkens hoger wordt (nu al 2 MHz) en de afmetingen telkens kleiner worden. Om een dergelijke schakelende regelaar te kunnen maken, moet gebruik gemaakt worden van hoogwaardige componenten en dient er extra aandacht besteed te worden aan het uitgangsfilter.

Voor het ontwerpen van een schakelende regelaar kan veelal gebruik gemaakt worden van de kennis van de makers van de IC’s. Datasheets en andere ondersteunende literatuur zijn er voldoende te vinden. Een aantal fabrikanten heeft zelfs software uitgebracht waarmee vrij gemakkelijk de juiste regelaar is te ontwerpen. Zo heeft Texas Instruments het programma SWIFT/TPS40K Designer, Linear Technology het pakket Switcher CAD III en National Semiconductor het programma Webench. Daarnaast levert menige fabrikant ook diverse demo-boards waarin ook de nodige kennis is verwerkt. Samen met deze hulpmiddelen is snel de schakeling ontworpen.
Voor het bepalen van het uitgangsfilter, is het handig om naast alle kennis ook te kunnen beschikken over een groot aantal verschillende spoelen om mee te experimenteren. Een goede basis is de spoelen-designkit van Würth Elektronik. Deze kit bevat vele verschillende SMD-spoelen waarmee naar hartenlust geëxperimenteerd kan worden. Echter, bij het gebruik van de spoelen is het verstandig om vooraf over een aantal vuistregels te beschikken. In dit verhaal komen zeven tips aan bod voor het kiezen van de juiste spoel voor het uitgangsfilter.

Schakelfrequentie
Bij de schakelende regelaars van de eerste generatie lag de frequentie ergens rond de 30…55 kHz. De schakelfrequentie van de huidige generatie IC’s voor schakelende regelaars ligt in het bereik van 100 kHz tot 2 MHz. Voor het kernmateriaal van de spoelen heeft deze hogere frequentie grote consequenties. De spoelen van toen kunnen nu niet meer gebruikt worden omdat er bij de hogere frequentie eerder verzadiging optreedt. Bruikbaar kernmateriaal is:

Schakelfrequentie <100 kHz: kernmateriaal: poederijzer, ferriet, Superflux, WE-PERM
Schakelfrequentie >100 kHz: kernmateriaal: ferriet, Superflux, WE-PERM

Ontwerptip 1: Waarde van de spoel
Voor het berekenen van de waarde van de spoel is nog geen software beschikbaar, maar gelukkig kan wel gebruik gemaakt worden van een paar vuistregels.

Voor het complete artikel klikt u hier