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電源適配器設(shè)計例子

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電源適配器設(shè)計例子

電源適配器廠家:東莞玖琪跟讀者分享關(guān)于:Buck調(diào)整器輸出濾波電感(扼流圈)的設(shè)計
注釋:電源適配器輸出電感和電容一般作為低通濾波器,而且電源適配器在計算傳遞函數(shù)和環(huán)路補(bǔ)償值時一般作為低通濾波器來處理。
然而,讀者更喜歡將電感看成是開關(guān)過程中維持電流相對恒定的元件(即當(dāng)功率器件導(dǎo)通時,電感儲存能量,功率器件關(guān)斷時,將儲存的能量傳遞給輸出端)。

電源適配器廠家認(rèn)為扼流圈可看成是一種功率電感,電源適配器可以承受交流電壓應(yīng)力,并可承受直流電流分量。電源適配器廠家東莞玖琪在前面跟大家介紹純電感(直流電流分量為零)的設(shè)計與扼流圈(包含相當(dāng)大的直流電流分量)的設(shè)計有很大區(qū)別。
輸出電感(扼流圈)的電流波形如圖所示,它的雙斜坡波形在節(jié)有定義。注意電流斜坡的中點(diǎn)幅值等于直流輸出電流I0的平均值。
由前面的分析可知,當(dāng)直流輸出負(fù)載電流減小時,電流斜坡的斜率仍保持恒定(因?yàn)殡姼蠰的端電壓恒定)。但是當(dāng)負(fù)載電流減小時,紋波電流將整體向下移。
當(dāng)負(fù)載電流為斜坡峰一峰值的一半,即時,斜坡的最低點(diǎn)正好降到零。在這個最低點(diǎn)處,電感電流為零,儲能為零。如果負(fù)載電流進(jìn)一步減小,電感將進(jìn)入不連續(xù)工作模式,電壓和電流的波形,以及閉環(huán)傳遞函數(shù)將發(fā)生較大變化。
15W電源適配器連續(xù)工作模式向不連續(xù)工作模式轉(zhuǎn)變的過程如圖所示。圖中給出了Buck調(diào)整器的功率切換電流波形,工作頻率為25kHz,輸入電壓為25V,輸出電壓為5V,負(fù)載電流從額定電流5A降到0.2A。
前兩個波形均為階梯斜坡,隨電流減小階梯值降低,斜坡中點(diǎn)電流接近于直流輸出電流。
I0=0.95A時(如圖所示的第三波形),斜坡階梯剛好消失,電流波形斜坡的始端為零電流,這時電感進(jìn)入不連續(xù)模式,此時負(fù)載電流為臨界電流。從圖中前3個波形可見,Q1導(dǎo)通時間不變,但進(jìn)入不連續(xù)模式以后,(1導(dǎo)通時間會急劇下降。

在這個例子中,控制環(huán)路能夠在整個負(fù)載范圍內(nèi)將輸出電壓控制在5V,即使電感進(jìn)入不連續(xù)工作模式。因此,這很容易讓人產(chǎn)生錯覺,認(rèn)為電源適配器電感進(jìn)入不連續(xù)工作模式對電路工作沒有影響。實(shí)際上,傳遞函數(shù)已發(fā)生變化(下面將討論),控制環(huán)路必須適應(yīng)這種變化。而且在Boot拓?fù)渲?,這種轉(zhuǎn)變會產(chǎn)生一些問題。
對于Buck調(diào)整器,電感進(jìn)入不連續(xù)工作模式也沒問題。在進(jìn)入不連續(xù)模式之前,直流輸出電壓  。注意此公式與負(fù)載電流參數(shù)無關(guān),所以當(dāng)負(fù)載電流變化時,不需要調(diào)節(jié)占空比,輸出電壓仍保持恒定(Buck調(diào)整器的等效輸出電阻非常低)。實(shí)際上,當(dāng)輸出電流變化時,導(dǎo)通時間也會稍微變化,這是因?yàn)镼1的導(dǎo)通壓降和電感電阻隨著電流的變化而略有變化,這需要T做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
但進(jìn)入不連續(xù)模式后,傳遞函數(shù)會發(fā)生很大的改變的關(guān)系將不再適用,這可從圖中最后兩個波形看到。圖中Q1的導(dǎo)通時間隨直流輸出電流的減小而顯著下降。
提示:比例Ton/T一般稱為占空比D,連續(xù)工作模式時的電壓公式可表述為   但是在不連續(xù)工作模式下,占空比與負(fù)載電流有關(guān),輸出電壓V定義為

因?yàn)榭刂骗h(huán)路要控制輸出電壓恒定,負(fù)載電阻R與負(fù)載電流成反比例關(guān)系。假設(shè)V0、V1、L和T恒定,為了控制電壓恒定,占空比D必須隨著負(fù)載電流的變化而變化。
12w電源適配器在臨界轉(zhuǎn)換電流處,傳遞函數(shù)從連續(xù)模式轉(zhuǎn)變成不連續(xù)模式。工作于連續(xù)模式時,占空比保持恒定,不隨負(fù)載電流而改變(相當(dāng)于零輸出阻抗);工作于不連續(xù)模式時,占空隨負(fù)載電流減小而改變(相當(dāng)于有輸出阻抗)。因此,工作于不連續(xù)模式時,控制環(huán)路的設(shè)計較困難,而且瞬態(tài)特性將降級。

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| 發(fā)布時間:2019.01.11    來源:電源適配器廠家
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