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开关电源兴趣小组 第18次任务 [复制链接]

  第17次思考题
  《开关电源设计 第三版》12.16节到12.18节讨论了断续工作模式下反激变换器的误差放大器,并给出了计算例子。这个反激变换器使用的是具有一定等效串联电阻的输出滤波电容。如果断续工作模式下的反激变换器使用了等效串联电阻非常非常小的输出滤波电容,对应的误差放大器应该如何设计?提示:滤波电容串联等效电阻非常非常小,意味着ABCD或者EFGH曲线在C点或者G点之后仍以20dB/dec斜率下降。

S18_01.PNG 图(01)
  本文图(01)复制于上次图(04)。
  滤波电容串联等效电阻非常非常小,意味着ABCD或者EFGH曲线在C点或者G点之后仍以20dB/dec斜率下降。在图(01)中以红色曲线表示。
  如果误差放大器的特性曲线(P6、P5、P3、P4、P2、P7)仍在图(01)中的位置,那么在穿越频率(图中以绿色竖线表示)上,ABCD或者EFGH曲线斜率为20dB/dec下降,误差放大器曲线也是20dB/dec下降(P2点),总开环幅频曲线就是在穿越频率上以40dB/dec下降,这是不符合要求的。
  解决这个问题的办法是让误差放大器特性曲线水平部分(P5至P3部分)沿水平方向展开,让P3点(极点)高于穿越频率即可。如图(01)中蓝色线所示。
  这样,在穿越频率上误差放大器特性就是水平的,总开环幅频曲线以20dB/dec下降,满足要求。在比穿越频率高的多的频率上,总开环幅频曲线将以40dB/dec下降,但此时开环增益已经非常低,远小于1,相移有多么大已经无关紧要。
  
  第18次活动,请各位阅读《开关电源设计 第三版》第14章“开关电源的典型波形”。
  《开关电源设计 第三版》第14章列出了若干开关电源电路的典型波形,包括正激变换器波形和反激变换器波形。该书在讨论开关电源各种电路时(第1章至第4章)就给出了各种电路理想情况下的电压波形和电流波形,例如该书图1.4、图4.1等等。各位在阅读时,务必把示波器见到的实际波形和该书中讲授这种电路时的理想波形对照来看。
  本文图(02)复制于该书图4.1,以前我们讨论反激变换器时就引用过此图。下面的波形是反激变换电路工作于电流断续状态时的波形。从图(02)看,变压器次级二极管D2关断后功率开关管集电极(或者漏极)电压是一条水平线,没有任何波动,如图中红色箭头所指部分所示。

S18_02.PNG 图(02)
  图(03)复制于该书图14.20。同样是电流断续工作状态度反激变换器,这是示波器上看到的实际波形。但和该书图4.1不同,该书图14.20所显示的波形却不是那么平直。红色箭头2所指处显然存在衰减振荡。可见先前图4.1亦即本文图(02)中的波形是理想状态的波形,和实际的波形差异较大。

S18_03.PNG 图(03)
  
  网友【aq1261101415】发了篇帖子《开关电源波形》,谈到了反激变换器电流断续工作状态下开关管D-S两端波形,并且贴出了实测波形图如本文图(04):

S18_04 aq1261101415.jpg 图(04)
  此图中,定性地看,T4时间段波形和本文图(03)中红色箭头2所指处波形是一致的,都是存在衰减振荡的波形,只不过图(04)波形中衰减振荡频率较高而已。
  对【aq1261101415】网友提出的疑问,我曾另开一帖《开关电源中的阻尼振荡》回复。在那帖中我指出:此衰减振荡是由于反激变压器初级和次级电感以及分布电容构成的LC谐振回路受到电流冲击而产生,而图(04)中电压波形顶部的衰减振荡是变压器初级漏感和初级分布电容所产生。本文图(05)复制于那帖,图(05)中用红色表示出变压器初级漏感和绕组分布电容等在电原理图中一般看不到的分布参数。建议各位看看那篇帖子。

S18_05.png 图(05)
  由此可见,实际开关电源电路远不是理想电路,各种元件也不是理想元件,不可能像理想元件那样动作。这样,就产生了各种各样离理想电路和理想元件很远的波形。学习开关电源,万不可停留在理想电路和理想元件阶段,必须认识到实际电路和实际元件远比理想电路和理想元件复杂。产生“怪异”的波形,并不是电路或者元件有问题,而是由于元件的非理想特性,本来就应该这样。
  
  第18次思考题
  本文图(03)中红色箭头1所指处是功率开关管导通阶段。反激变换器功率开关管导通时也会在变压器初级和初级的分布电容两端产生电压突变,见本文图(05)中绕组Np和Cp。为什么图(03)中红色箭头1处没有衰减振荡波形?本文图(04)中对应于功率开关管导通阶段(T1之前阶段)也看不到衰减振荡波形。
  


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这里有个想法,这次电源学习活动是不是包含的范围比较大,可能很多人坚持不下来。是不是可以将一个拓扑一个拓扑来学习,学得细一些,比如,BUCK电路,从拓扑的由来、形成、器件的计算、选择、测试,环路、最后整体设计制作。然后BOOST、BUCK-BOOST、反激、正激……

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“是不是可以将一个拓扑一个拓扑来学习,学得细一些,比如,BUCK电路,从拓扑的由来、形成、器件的计算、选择、测试,环路、最后整体设计制作” 此建议很好。 但本次学习活动,是为没有什么基础的网  详情 回复 发表于 2020-12-29 11:18

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本文图(03)中红色箭头1所指处是功率开关管导通阶段。反激变换器功率开关管导通时也会在变压器初级和初级的分布电容两端产生电压突变,见本文图(05)中绕组Np和Cp。为什么图(03)中红色箭头1处没有衰减振荡波形?本文图(04)中对应于功率开关管导通阶段(T1之前阶段)也看不到衰减振荡波形。

 

答:因为变压器的初级正处于充电阶段,还没有行成震荡。

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cjjh2014 发表于 2020-12-28 11:30 这里有个想法,这次电源学习活动是不是包含的范围比较大,可能很多人坚持不下来。是不是可以将一个拓扑一个 ...

“是不是可以将一个拓扑一个拓扑来学习,学得细一些,比如,BUCK电路,从拓扑的由来、形成、器件的计算、选择、测试,环路、最后整体设计制作”

此建议很好。

但本次学习活动,是为没有什么基础的网友准备的,只讨论最基本的知识,是初级课程。“细一些”,应该是中级课程的任务。


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此图可等效的电路:变压器初次侧是L并上初次侧绕组的分布电容再串联MOSFET的Rdson,因导通后Rdson很小,而无法振荡。

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注意对交流而言直流电源Vdc两端是联接在一起的。实际上,Vdc两端总是接有一个相当大的电容,所以Vdc的正端对交流而言是接地的。  详情 回复 发表于 2021-1-10 10:23
『此图可等效的电路:变压器初次侧是L并上初次侧绕组的分布电容再串联MOSFET的Rdson,因导通后Rdson很小,而无法振荡』 应该是『变压器初次侧是L并上初次侧绕组的分布电容再并联MOSFET的Rdson』。  详情 回复 发表于 2021-1-10 10:21

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cjjh2014 发表于 2021-1-9 21:42 此图可等效的电路:变压器初次侧是L并上初次侧绕组的分布电容再串联MOSFET的Rdson,因导通后Rdson很小,而无 ...

『此图可等效的电路:变压器初次侧是L并上初次侧绕组的分布电容再串联MOSFET的Rdson,因导通后Rdson很小,而无法振荡』

应该是『变压器初次侧是L并上初次侧绕组的分布电容再并联MOSFET的Rdson』。


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cjjh2014 发表于 2021-1-9 21:42 此图可等效的电路:变压器初次侧是L并上初次侧绕组的分布电容再串联MOSFET的Rdson,因导通后Rdson很小,而无 ...

注意对交流而言直流电源Vdc两端是联接在一起的。实际上,Vdc两端总是接有一个相当大的电容,所以Vdc的正端对交流而言是接地的。

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嗯,好的,现在理解了。  详情 回复 发表于 2021-1-10 15:54

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maychang 发表于 2021-1-10 10:23 注意对交流而言直流电源Vdc两端是联接在一起的。实际上,Vdc两端总是接有一个相当大的电容,所以Vdc的正 ...

谢谢!好的,现在理解了。


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