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【讨论】关于《精通开关电源设计》一书中的疑点,希望大家发表下意见。

此书很是经典,但似乎有些地方说的不清不楚的。

  2.15.2     确定r需考虑的连续导电模式

现提出一个问题,希望大家讨论:

      

文中提出,在占空比D=0.33时,电流纹波率 r 达到最大值,问题就在这。

我们知道 r= x*D*(1-D),其中x为常数,欲求得r的最大值,只需对式r= x*D*(1-D)求导,即 r'=x*(1-2D),

令 r'=0,即得,D=0.5,这说明当D=0.5时,电流纹波率 r取得最大值,这跟书中提到的D=0.33相距甚远。

将实数带入得出的结果也是D=0.5时得到的电流纹波率 r比D=0.33时的大,

敢问各位大侠这是为何?

后续我会陆续在看此书时遇到的问题在此帖中提出与各位讨论,希望大家支持。

全部回复(48)
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mjun
LV.7
2
2011-09-05 08:17

难道论坛里没人看这本书?

看来只有自己顶了!

1、开关电源高效的原因:使用了开关,还有就是电容和电感的有效共同使用。

2、环路稳定是指在网压和负载突变时能够快速调整输出而不产生过大的振荡和瞬态的扰动。

3、降低开关频率有利于提高效率。

4、选择较高开关频率的首要原因仅是使变换器能在超过人的听觉范围的频率上工作,另一个原因则是最大程度减小电源中器件的体积。

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yousuoqiu
LV.2
3
2011-09-05 11:06

工作于CCM还是DCM模式主要看电感L的参数,书中原式应为L=(...)/(I*rf),当D=0.33时,选得最小电感,使得在一定的条件下工作在CCM模式。

r=2为CCM与DCM的临界点,如果工作在DCM模式,当然r值会越来越大了。

目标函数为电感L,而不是r。

以上只是本人一点看法。。。

 

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mjun
LV.7
4
2011-09-05 11:33
@yousuoqiu
工作于CCM还是DCM模式主要看电感L的参数,书中原式应为L=(...)/(I*rf),当D=0.33时,选得最小电感,使得在一定的条件下工作在CCM模式。r=2为CCM与DCM的临界点,如果工作在DCM模式,当然r值会越来越大了。目标函数为电感L,而不是r。以上只是本人一点看法。。。 

兄台的意思是:为确保变换器工作于CCM模式下选择电感体积最小时的最大电流纹波率 r ,前提是变换器工作于CCM模式。

也就是说电流纹波率 r 取得最大值的点为D=0.5,但此时变换器工作于DCM模式。

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2011-09-05 14:45
@mjun
兄台的意思是:为确保变换器工作于CCM模式下选择电感体积最小时的最大电流纹波率r,前提是变换器工作于CCM模式。也就是说电流纹波率r取得最大值的点为D=0.5,但此时变换器工作于DCM模式。

一点要明白,你上面所导出r最大的D是在输出电压,输出电流,感量视为固定值得出的。此时也只能说明,r取得最大时,对应的输入电压的情况。

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mjun
LV.7
6
2011-09-05 15:09
@冰火连天
一点要明白,你上面所导出r最大的D是在输出电压,输出电流,感量视为固定值得出的。此时也只能说明,r取得最大时,对应的输入电压的情况。

恩,就是这个意思,谢谢兄台提醒,我好像明白了许多,再次感谢!!

我再补充一下:这个问题的如何确保Boost变换器工作于CCM模式。

众所周知,当电流纹波率r=2是,变换器工作于BCM模式,即为确保Boost变换器工作于CCM模式,则我们所取的电流纹波率r<2,然而为什么我们还不遗余力地取最大的电流纹波率r?这是因为电流纹波率r于电感的体积成反比,为取得最为经济的电感,就必须增大电流纹波率r。

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omi_liang
LV.3
7
2011-09-05 15:18
@mjun
恩,就是这个意思,谢谢兄台提醒,我好像明白了许多,再次感谢!![图片]我再补充一下:这个问题的如何确保Boost变换器工作于CCM模式。众所周知,当电流纹波率r=2是,变换器工作于BCM模式,即为确保Boost变换器工作于CCM模式,则我们所取的电流纹波率r
那书上不是有一条曲线的吗,那里写的比较清楚,就是那个r和电感体积的曲线,曲线中有一个拐角,就是r=0.3-0.5,当r再大,电感的体积变化量不大,因此也不至于尽量的加大r,我觉得应该根据实际情况,在这附近挑选就可以了
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mjun
LV.7
8
2011-09-05 15:40
@omi_liang
那书上不是有一条曲线的吗,那里写的比较清楚,就是那个r和电感体积的曲线,曲线中有一个拐角,就是r=0.3-0.5,当r再大,电感的体积变化量不大,因此也不至于尽量的加大r,我觉得应该根据实际情况,在这附近挑选就可以了
对,书中描写的比较详细!!
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mjun
LV.7
9
2011-09-05 15:57
@mjun
难道论坛里没人看这本书?看来只有自己顶了!1、开关电源高效的原因:使用了开关,还有就是电容和电感的有效共同使用。2、环路稳定是指在网压和负载突变时能够快速调整输出而不产生过大的振荡和瞬态的扰动。3、降低开关频率有利于提高效率。4、选择较高开关频率的首要原因仅是使变换器能在超过人的听觉范围的频率上工作,另一个原因则是最大程度减小电源中器件的体积。

我继续:

5、选择电感磁芯的能量处理能力至少要等于其需存储能量,即1/2*L*Ipk*Ipk,否则电感就会饱和。

6、电流纹波率 r 超过0.4后,通过增加电流纹波率 r 来减少电感体积效果不明显。

7、增加负载电流就需增大电感体积,但又需要减少电感量。因随电感直流分量Idc增加,为维持电流纹波率 r 为一个最佳值,就需相应比例地增加纹波电流。

8、消隐时间目的是避免导通转换时的噪声引起电流回路误触发。

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mjun
LV.7
10
2011-09-05 21:50

各位看官,我继续提问:

2.14 电流限制的范围和容限

 

书中有提到:变压器体积完全取决于其最大值。

敢问各位看官,书中是否要表达这样一个意思:假如一个反激式电源,正常输出电流为2A,前级的过流保护点设置为输出电流为4A时控制IC停机,那么我必须根据输出电流为4A时来确定变压器的能量处理能力,即由此来决定变压器磁芯规格。这样理解对否???

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mjun
LV.7
11
2011-09-06 08:26
@mjun
各位看官,我继续提问:2.14电流限制的范围和容限[图片] 书中有提到:变压器体积完全取决于其最大值。敢问各位看官,书中是否要表达这样一个意思:假如一个反激式电源,正常输出电流为2A,前级的过流保护点设置为输出电流为4A时控制IC停机,那么我必须根据输出电流为4A时来确定变压器的能量处理能力,即由此来决定变压器磁芯规格。这样理解对否???[图片]

Go ahead:

9、离线场合习惯于选择足够大的磁芯以避免其在电流限制极限值饱和。

10、保证输出功率的基本标准时保证计算出得正常工作时的峰值电流一直小于电流限制的最小值。

11、在电压控制模式中,作用于PWM比较器的锯齿波由内部时钟产生,但电流控制模式中,斜坡来自于电感电流或者开关电流。

12、空气磁导率用u0表示,在MKS单位制中等于4πE-7,在CGS制中等于1。

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10227
LV.7
12
2011-09-06 09:35
@mjun
各位看官,我继续提问:2.14电流限制的范围和容限[图片] 书中有提到:变压器体积完全取决于其最大值。敢问各位看官,书中是否要表达这样一个意思:假如一个反激式电源,正常输出电流为2A,前级的过流保护点设置为输出电流为4A时控制IC停机,那么我必须根据输出电流为4A时来确定变压器的能量处理能力,即由此来决定变压器磁芯规格。这样理解对否???[图片]
我在设计变压器时,皆是以此原则设计,如书中所提以过载最恶劣情况设计,一般电源书中也会提到如铁芯磁通密度是0.3T,可设计在0.25T以下或0.2T以下是较好的,因铁芯磁通密度在温度上升还会下降,不过此原则也需考虑铁芯尺寸及铜线粗细,二者皆需一并考虑.
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mjun
LV.7
13
2011-09-06 09:45
@10227
我在设计变压器时,皆是以此原则设计,如书中所提以过载最恶劣情况设计,一般电源书中也会提到如铁芯磁通密度是0.3T,可设计在0.25T以下或0.2T以下是较好的,因铁芯磁通密度在温度上升还会下降,不过此原则也需考虑铁芯尺寸及铜线粗细,二者皆需一并考虑.

哦,那就是说:我们设计电感量时按正常的工作电流来计算的,而在选择磁芯尺寸时时按过流点来设计的。

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mko145
LV.8
14
2011-09-06 10:04
@mjun
各位看官,我继续提问:2.14电流限制的范围和容限[图片] 书中有提到:变压器体积完全取决于其最大值。敢问各位看官,书中是否要表达这样一个意思:假如一个反激式电源,正常输出电流为2A,前级的过流保护点设置为输出电流为4A时控制IC停机,那么我必须根据输出电流为4A时来确定变压器的能量处理能力,即由此来决定变压器磁芯规格。这样理解对否???[图片]
这一段的表达似乎不是很清晰 ~ 反正我读了两遍才大致猜到他要讲什么,但又不十分确定。 电感当然什么时候都不能饱和了,无论什么方案的设计都要满足这一原则。建议跳过这一段,或参考其他书籍 ~
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mjun
LV.7
15
2011-09-06 10:13
@mko145
这一段的表达似乎不是很清晰~反正我读了两遍才大致猜到他要讲什么,但又不十分确定。电感当然什么时候都不能饱和了,无论什么方案的设计都要满足这一原则。建议跳过这一段,或参考其他书籍~

同感!

我看了好几遍,似乎有点明白,但感念还不是特明确。

所以特希望高手能够提点一番,小弟感激不尽。

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10227
LV.7
16
2011-09-06 10:25
@mjun
哦,那就是说:我们设计电感量时按正常的工作电流来计算的,而在选择磁芯尺寸时时按过流点来设计的。

其实我说的原则同计算电感量,一般我们皆是以所需规格先计算再选择铁芯尺寸及铜线粗细,另外还有一个变量就是过载点如设定过大,导致计算完需大铁芯尺寸但PCB尺寸不足等问题,可能就要下修过载点,以取得平衡点,毕竟还是要看产品所需,有时原则及理论无法达到理想化.

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mjun
LV.7
17
2011-09-06 10:49
@10227
其实我说的原则同计算电感量,一般我们皆是以所需规格先计算再选择铁芯尺寸及铜线粗细,另外还有一个变量就是过载点如设定过大,导致计算完需大铁芯尺寸但PCB尺寸不足等问题,可能就要下修过载点,以取得平衡点,毕竟还是要看产品所需,有时原则及理论无法达到理想化.
兄台所言极是。
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mjun
LV.7
18
2011-09-07 09:22

我继续:

13、一般铁氧体磁芯的饱和磁通密度为0.3T左右。

14、当磁芯供应商表述某个B的磁芯损耗时,他们说的时⊿B/2,即BAC,这是一般工程惯例。

15、磁芯损耗=单位体积的磁芯损耗*体积,其中单位体积的磁芯损耗=常数t1*B常数t2*f常数t3,体积指的是磁芯的实际物理体积。

16、铁粉磁芯比铁氧体磁芯更不易饱和,这使它们有能力防止反常电流导致开关管损坏。另外,由于使铁粉粘合的有机颗粒会慢慢减少,所以铁粉磁芯有一定的使用寿命。

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mjun
LV.7
19
2011-09-07 09:30

我提个问题:

2.18.5  线圈损耗

 

不知哪位兄弟可否提供“锯齿波有效值的推导过程”?在下在此谢过!

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2011-09-07 10:56
@mjun
我提个问题:2.18.5 线圈损耗[图片] 不知哪位兄弟可否提供“锯齿波有效值的推导过程”?在下在此谢过!

发挥数学特长,积分一次旧成了。

我原来推导过一次

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mjun
LV.7
21
2011-09-07 11:12
@冰火连天
发挥数学特长,积分一次旧成了。我原来推导过一次

哦!呵呵!提醒了我。

好久没用高数了!!!

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mjun
LV.7
22
2011-09-07 11:59
@冰火连天
发挥数学特长,积分一次旧成了。我原来推导过一次

呵呵,在网上找到了推导过程,发给大家参考。

 

 

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10227
LV.7
23
2011-09-07 12:21
@mjun
呵呵,在网上找到了推导过程,发给大家参考。[图片] [图片] 
好资料!
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mjun
LV.7
24
2011-09-07 14:14
@10227
好资料![图片]

谢谢鼓励!!

细读此书,感觉精进不少!!

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mjun
LV.7
25
2011-09-07 14:45
@mjun
呵呵,在网上找到了推导过程,发给大家参考。[图片] [图片] 

也许有人会对K1、d1、K2、d2取值心存疑惑,我就在此班门弄斧了,望各位高人手下留情。

因一个周期内电感电流分为上升及下降两段,并其斜率不等,所以采用分段积分。对于电感电流上升阶段,为方便计算,假设t=0时刻为其起始时刻,即第一个波谷点,则该点坐标为(0,IDC-IAC),而第一个波峰点得坐标为(D*T,IDC+IAC),第二个波谷点的坐标为(T,IDC-IAC),这样就可分别得出两段直线的方程了,即K1、d1、K2、d2的值。

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mjun
LV.7
26
2011-09-07 15:36

学习的脚步不能停,我继续提问:

3.1.6    齐纳管钳位损耗

 

附加部分为什么是VZ/(VZ-VOR),看了N+1遍,愣是没看明白?

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10227
LV.7
27
2011-09-07 16:22
@mjun
学习的脚步不能停,我继续提问:3.1.6   齐纳管钳位损耗[图片] 附加部分为什么是VZ/(VZ-VOR),看了N+1遍,愣是没看明白?

fairchild的关于反激RCD吸收的应用笔记里面有此公式是导出来的,如下附件:

Design Guidelines for RCD Snubber of Flyback Converters

 

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mjun
LV.7
28
2011-09-07 17:36
@10227
fairchild的关于反激RCD吸收的应用笔记里面有此公式是导出来的,如下附件:[图片]DesignGuidelinesforRCDSnubberofFlybackConverters 
谢谢,谢谢!!!
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mjun
LV.7
29
2011-09-08 11:06

Go ahead:

17、漏感是未能耦合到二次侧的一次电感部分,它不参与有效能量从输入到输出传递。

18、定义集肤深度为导体表面到电流密度为表面的1/e处距离。

19、一次电流波形中仍有一与负载无关的分量,这就是励磁电流。

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10227
LV.7
30
2011-09-09 11:21
@mjun
Goahead:17、漏感是未能耦合到二次侧的一次电感部分,它不参与有效能量从输入到输出传递。18、定义集肤深度为导体表面到电流密度为表面的1/e处距离。19、一次电流波形中仍有一与负载无关的分量,这就是励磁电流。

给用功K书的人鼓励!顶一下

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mjun
LV.7
31
2011-09-09 11:59
@10227
给用功K书的人鼓励!顶一下[图片]

共勉!

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