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电源适配器设计例子

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电源适配器设计例子

电源适配器厂家:东莞玖琪跟读者分享关于:Buck调整器输出滤波电感(扼流圈)的设计
注释:电源适配器输出电感和电容一般作为低通滤波器,而且电源适配器在计算传递函数和环路补偿值时一般作为低通滤波器来处理。
然而,读者更喜欢将电感看成是开关过程中维持电流相对恒定的元件(即当功率器件导通时,电感储存能量,功率器件关断时,将储存的能量传递给输出端)。

电源适配器厂家认为扼流圈可看成是一种功率电感,电源适配器可以承受交流电压应力,并可承受直流电流分量。电源适配器厂家东莞玖琪在前面跟大家介绍纯电感(直流电流分量为零)的设计与扼流圈(包含相当大的直流电流分量)的设计有很大区别。
输出电感(扼流圈)的电流波形如图所示,它的双斜坡波形在节有定义。注意电流斜坡的中点幅值等于直流输出电流I0的平均值。
由前面的分析可知,当直流输出负载电流减小时,电流斜坡的斜率仍保持恒定(因为电感L的端电压恒定)。但是当负载电流减小时,纹波电流将整体向下移。
当负载电流为斜坡峰一峰值的一半,即时,斜坡的最低点正好降到零。在这个最低点处,电感电流为零,储能为零。如果负载电流进一步减小,电感将进入不连续工作模式,电压和电流的波形,以及闭环传递函数将发生较大变化。
15W电源适配器连续工作模式向不连续工作模式转变的过程如图所示。图中给出了Buck调整器的功率切换电流波形,工作频率为25kHz,输入电压为25V,输出电压为5V,负载电流从额定电流5A降到0.2A。
前两个波形均为阶梯斜坡,随电流减小阶梯值降低,斜坡中点电流接近于直流输出电流。
I0=0.95A时(如图所示的第三波形),斜坡阶梯刚好消失,电流波形斜坡的始端为零电流,这时电感进入不连续模式,此时负载电流为临界电流。从图中前3个波形可见,Q1导通时间不变,但进入不连续模式以后,(1导通时间会急剧下降。

在这个例子中,控制环路能够在整个负载范围内将输出电压控制在5V,即使电感进入不连续工作模式。因此,这很容易让人产生错觉,认为电源适配器电感进入不连续工作模式对电路工作没有影响。实际上,传递函数已发生变化(下面将讨论),控制环路必须适应这种变化。而且在Boot拓扑中,这种转变会产生一些问题。
对于Buck调整器,电感进入不连续工作模式也没问题。在进入不连续模式之前,直流输出电压  。注意此公式与负载电流参数无关,所以当负载电流变化时,不需要调节占空比,输出电压仍保持恒定(Buck调整器的等效输出电阻非常低)。实际上,当输出电流变化时,导通时间也会稍微变化,这是因为Q1的导通压降和电感电阻随着电流的变化而略有变化,这需要T做出适当的调整。
但进入不连续模式后,传递函数会发生很大的改变的关系将不再适用,这可从图中最后两个波形看到。图中Q1的导通时间随直流输出电流的减小而显著下降。
提示:比例Ton/T一般称为占空比D,连续工作模式时的电压公式可表述为   但是在不连续工作模式下,占空比与负载电流有关,输出电压V定义为

因为控制环路要控制输出电压恒定,负载电阻R与负载电流成反比例关系。假设V0、V1、L和T恒定,为了控制电压恒定,占空比D必须随着负载电流的变化而变化。
12w电源适配器在临界转换电流处,传递函数从连续模式转变成不连续模式。工作于连续模式时,占空比保持恒定,不随负载电流而改变(相当于零输出阻抗);工作于不连续模式时,占空随负载电流减小而改变(相当于有输出阻抗)。因此,工作于不连续模式时,控制环路的设计较困难,而且瞬态特性将降级。


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| 发布时间:2019.01.11    来源:电源适配器厂家
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