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输出纹波电压调不好?你首先要有理论计算值!

新澳门金沙国际赌场官方网站-12-07 09:46 来源:互联网 编辑:Janet

开关新澳门金沙国际赌场官方网站输出纹波电压首先要有理论计算值。对滤波效果而言,电容的ESL和ESR参数都很重要,电感会阻止电流的突变,电阻则限制了电流的变化率,这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR,故而横向比较起来,同样的容量滤波效果却不同。

纹波电压主要由几个部分引起

1、电容的ESR引起的

2、电容的ESL引起的

3、电容的充放电引起的

4、噪声引起的

以Buck开关新澳门金沙国际赌场官方网站为例来计算一下:

电容的ESR引起的纹波计算公式

电容的ESL引起的纹波计算公式

电容的充放电引起的纹波计算公式

对于此条计算可能有部分人不太理解,下面我们一起来分析一下:

当△ic流过理想电容C时,在C两端产生的电压变化如下

由上面图(f)中最下一个电流波形可知 Buck 电路在达到平衡工作状态时, 在 Io 的上方为电容充电电流, 而 Io 下方为电容放电电流, 由图形中即可知纹波积分的上限应该选择.toff/2、下限取ton/2.

计算积分得到

由于

漏电流小,ESR小,一般都是认为要选择低ESR的系列,不过也与负载有关,负载越大,ESR不变时,纹波电流变大,纹波电压也变大。我们从公式上来看看,dV*C=di*dt;dv就是纹波,di是电感上电流的值,dt是持续的时间。一般的开关新澳门金沙国际赌场官方网站书籍都会讲到怎么算纹波,大题分解为:滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise,如下图:

一般对纹波的计算通常是估算 有关开关新澳门金沙国际赌场官方网站纹波的计算,原则上比较复杂,要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数,计算每个谐波的衰减,再求和。最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关,而且与负载电阻有关。当然,计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件,若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR,那就更复杂了。所以,通常都是估算,再留出一定余量,以满足设计要求。对样机需要实际测试,若不能满足设计要求,则需要更改滤波元件参数。

以Buck电路为例,电感中电流连续和断续,开关新澳门金沙国际赌场官方网站的传递函数完全不同。电流连续时环路稳定,电流断续时未必稳定。而电感中电流是否连续,除与电感量等有关外,还与负载有关。更严重的是,电流是否连续还与占空比有关,而占空比是由反馈电路控制的。不仅Buck,其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。

若要求所有可能产生的工作状态下都稳定,通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变),或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关新澳门金沙国际赌场官方网站的响应速度)。对输出电压可调整的开关新澳门金沙国际赌场官方网站(例如实验室用的0~30V输出新澳门金沙国际赌场官方网站),环路稳定的难度更大。对这类新澳门金沙国际赌场官方网站,往往要在开关新澳门金沙国际赌场官方网站之后再加一级线性调整。

电解电容的选择很重要

在输出端采用高频性能好、ESR低的电容,高频下ESR阻抗低,允许纹波电流大。可以在高频下使用,如采用普通的铝电解电容作输出电容,无法在高频(100kHz以上的频率)下工作,即使电容量也无效,因为超过10kHz时,它已成电感特性了。

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