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开关电源几个疑问

发现几个问题,经反复琢磨和查阅相关资料,写来看看,大家看是否正确。




1 负载电流和占空比有关系吗?


分连续和不连续来说明。工作在连续模式下,我们可以很容易的得出BUCK变换器的占空比的公式:D=Vo/Vi;同意也可以很容易的推出boost,buck-boost或者反激,正激拓扑等,的占空比公式来,但是无一例外的里面没有包含负载电流项。是否可以得出占空比和负载电流无关?好,来看看电路工作过程,以BUCK电路为例,假如负载加重,那么,输出电压肯定会瞬间降低,检测电路立即感应到这一变化,它会立即增加导通时间,使电感储能增加,其电流上升斜坡加长,而关断时间就相对减小,下降会比上升减小,已使电感电流斜坡中值提升,因为电感斜坡中值决定了负载电流IO,于是占空比肯定变大,但是,如果继续保持该占空比,电感上升的电流>下降的电流,不可能达到平衡,同时,该占空比有趋于使输出电压上升的趋势,于是控制电路再次修正,使占空比回到先前负载未变的状态,使电感电流上升=下降电流,达到平衡,同时,电感斜坡中值已经被提升了,满足了IL=Io(仅限BUCK,其他拓扑跟占空比有关系,但中值决定了负载电流),保证了负载电流增加;假如工作在不连续模式,则对于BUCK电路来说,上面的占空比公式就不成立了,负载电流的上升,必然导致电感的电流斜坡中值上升,所以,导通时间必须增加,故,占空比一定改变。物理规律相互印证,不论你从那个角度看,都完美服从。


    

2 纹波电压和负载电流有关系吗?


表面上,负载越大,纹波电压应该越大,其实不然,工作在连续模式下,负载电流增加,导致电感斜坡中值增加,但是占空比不变,电感上升=下降,没有改变,所以提供给负载和滤波电容的纹波电流不变,是否会认为负载加重了,输出电容电压纹波会变化,可是别忘了,电感中的斜坡中值加大了,满足了负载的要求,不可能改变,实际测试中也大致如此,那么什么决定输出电压纹波呢?伏秒数,D,f,输出滤波电容的容量(和ESR),测试时不同的电流在导线上会产生压降,但大致如此,不会有太大的变化,而工作于不连续模式下,一定会变化,因为占空比D已经改变了。


 


3   RCC 变换器的工作频率是反馈(偏置绕组)端的R,C决定的吗?


很多人认为RCC的震荡频率和这个电容,电阻有关,用三级管构成的RCC变换器做说明,因为按照一般的电路的分析,加电后,开关管开始导通,反馈注入基极IC增加,VCE减小,一次线圈电压增加,反馈绕组电压增加,使注入基极的电流增加,该反馈是一个正反馈,很快开关管就饱和导通,一次电感中的电流线性增加,反馈的这个电容随着充电,上面建立的电压会使基极注入的电流减小,当减小到使开关管推出饱和进入放大区,VCE增加,则一次线圈的电压减小,反馈绕组电压也随之减小,于是注入基极的电流减小,很快,开关管就截止,然后能量通过二次侧传递给负载。于是会认为振荡频率和RC的 值有关。但是按照能量守恒 Ef=VO*IO;1/2 *Li2=VO*IO/f;经过更加详细的计算会发现,里面根本没有R,C他们这两项,既然公式已经证明了,很明显没有关系,解释如下:在加电的第一个周期很显然,RCC的振荡频率完全是由这个RC值决定的,因为输出电容上还没有建立电压,控制电路不起作用,当输出电压建立起来后,控制电路会检测输出电压并且进行控制,一般是通过光耦然后去分掉一部分注入开关管的电流,所以注入开关管的电流应该是反馈支路和控制分掉的电流之和。电路达到稳态时,只要输入电压不变,负载电流不变化,则流过一次的峰值电流即(0.5L*i2)不变,电路必然只有一个稳定状态与之对应,否则,这样的拓扑不可靠。既然流过一次的峰值固定,(RCC工作在临界模式下)那么即使你把反馈的电容加大一点,控制电路必然会修正到对应该负载和该输入电压的对应的一次峰值电流,而Dt=L*di/vin;该时间(导通时间)是固定值,所以即使加大该电容,控制电路会使分掉的电流增加,依然保证注入基极的电流数值能满足导通时间不变,前面已经说过,只要负载电流不变,输入电压不变,开关管的导通时间必然是不变的;那么这个RC的值决定了什么呢?它们决定了开关管的最大导通时间,即控制电路不作用,不分掉注入开关管的基极电流,这个RC值决定了开关管的导通时间,这个状态振荡频率是由RC决定的,但是电源在正常工作时,必然使注入开关管的电流被分掉一部分,有一个正负范围的可调,所以是控制分掉的电流和反馈注入的电流共同决定了开关管的导通时间,但是这个导通时间又必须受负载电流和输入电压决定。电阻R决定了注入开关管基极的电流最大值,C不能太大或太小,我测试过,修改该电容,只要不是太大或者太小,电路依然稳定工作,因为控制电路依然有能力进行修正,即保证在控制电路的控制范围之内即可,当然需要设置合适的RC值保证驱动开关管的电流合适。如果过大或者过小电路就不稳定了。所以该电容和电阻不需要很精确。也不是很多分析说的什么定时电容,顾名思义,定时就是要精确,其实不然,所以RCC振荡频率和负载电流,输入电压有关,而不是反馈RC决定的,RCC推导的公式都首先说明了问题。


3  控制问题


 比如,对三极管光耦构成的RCC变换器,RCC震荡频率跟负载和输入电压有关。假如其输入电压从V1增加到V2,则输出电压VO1上升到VO2,控制电路中的光耦导通增强,对注入开关管的基极电流分掉的增加,使其提前截止,使输出降低到VO1,但是输出降回VO1后,光耦流过的电流恢复到先前的状态,分掉开关管基极的电流也恢复到先前的值,但是输入明明到了V2,那么又会使输出上升到VO2,控制又修正;反过来如果输入下降,岂不是在VO1和比其低的一个设为VO3的电压之间反复,这样看就得不到一个稳定的VO1,控制电路不断的修正,停止修正,修正,这不等同于振荡?如果这样,输出波形应该能看到,但是测试得到的确实一个稳定的VO1,请问是怎么个过程?稳定是怎么获得的?控制最终会稳定在那个点?


        上面的问题在于没有注意到输出电压精度这个问题;如果输入升高,输出肯定会升高的,即使控制电路进行修正,依然会有升高,这个升高的电压保证了系统稳定,处在了一个新的稳定状态,而我们一般在仪器上看不到,因为控制环的增益很大,如上述,假如输入升高,需要分掉注入开关管基极电流,而在光耦端只需要很小的增加电流即可,因为控制环的增益很大,系统会修正到一个新的稳定状态,如果控制环路增益为无穷大,则绝对会保证精确的回到VO1,实际不可能,所以,输出必然有增加或者降低,但是非常小,所以基本上的仪器反映不出来。这个误差就是开关电源的精度问题。所以,如果要保证输出,控制环节要设计很高的增益。

上面是我最近得出的一点拙见。希望大家指正

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隐藏人
LV.2
2
2010-06-01 20:59

现在很多电流型控制IC也都有通过电流采样参与调制啊,怎么解释啊?


 

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2010-06-01 23:12
赞同楼主的说法!
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bozeng
LV.4
4
2010-06-03 23:16
@ylj2004105
赞同楼主的说法!
说的好啊
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EeTsang
LV.5
5
2010-06-19 22:14
@隐藏人
现在很多电流型控制IC也都有通过电流采样参与调制啊,怎么解释啊? 
不清楚,你去研究下该IC
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zzp0526
LV.4
6
2010-06-20 20:27
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2011-08-22 22:36
mark
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540054528
LV.3
8
2011-08-24 15:26
@隐藏人
现在很多电流型控制IC也都有通过电流采样参与调制啊,怎么解释啊? 
电流采样调制反应时间会快点
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