<noscript id="jftie"></noscript>
    <style id="jftie"><mark id="jftie"><dfn id="jftie"></dfn></mark></style>
  1. <span id="jftie"></span>
    • 国产成人精品久久一区二区,韩国精品久久久久久无码,国产精品国产高清国产av,欧美99久久无码一区人妻a片,亚洲高清码在线精品av,午夜人妻久久久久久久久,伊人热热久久原色播放www ,亚洲女教师丝祙在线播放
      你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

      為什么穩定的開關模式電源仍會產生振蕩?

      發布時間:2023-05-29 來源:ADI 責任編輯:wenwei

      【導讀】非常穩定的開關模式電源(SMPS)仍可能由于其在輸出端的負電阻而產生振蕩。在輸入端,可以將SMPS看作一個小信號負電阻。其與輸入電感和輸入端電容一起可形成一個無阻尼振蕩電路。本文將就這一問題的分析和解決方案進行探討。將 LTspice? 用于仿真。


      簡介


      開關模式調節器的功能是,以最有效的方式將輸入電壓轉換為經調整的恒定輸出電壓。


      這個過程會有些損耗,且效率的衡量公式如下


      1682569242559242.png


      我們假設調節器可使VOUT保持恒定,且負載電流IOUT可以看作是一個恒定值,不會隨VIN而變化。圖1顯示了IIN隨VIN而變化的圖。


      1682569229166336.png

      圖1.輸入電流隨輸入電壓的變化。


      如圖2所示,我們在工作點12 V處畫了一條切線。切線的斜率將等于隨工作點電壓而變化的小信號電流變化。


      1682569215641879.png

      圖2.在12 V處添加了一條切線。


      切線的斜率可視為轉換器的輸入電阻RIN或輸入阻抗RIN = ZIN (f = 0)。頻率f > 0時輸入阻抗會發生什么,該點我們將在本文后續部分進行討論?,F在,我們假設在ZIN (f) = ZIN (f = 0)頻率范圍內該阻抗為常數??梢杂^察到有一點十分有趣:由于斜率為負,這個小信號輸入電阻也為負。如果輸入電壓增加,電流就會減少,反之亦然。


      首先,我們可以看看圖3中的電路,在該電路中,SMPS與其饋電中的輸入電容和輸入電感一起形成了一個由負電阻衰減的高Q值LC電路。如果負電阻在電路中占主導,則其會變成在接近諧振頻率時產生無阻尼振蕩的振蕩器。在實踐中,大信號振蕩中的非線性度會對振蕩頻率及其波形產生影響。


      該電路中的電感可以是輸入濾波器的電感,也可以是線纜的電感。為使電路穩定,您需要使用正電阻來支配負電阻,以使電路衰減。而這樣會出現問題,因為您不希望電感的串聯電阻過高,否則就會增加散熱,并降低效率。您也不希望電容的串聯電阻過高,否則電壓紋波將增加。


      6.png

      圖3.SMPS的小信號模型及其輸入網絡。


      分析問題


      設計電源系統時,可能會遇到以下問題:


      ●    我的設計中是否存在此類問題?

      ●    我如何分析該問題?

      ●    如果存在問題,如何解決?


      如果我們假設在輸入電路中只有一個有源元件作為負電阻,那么我們可以通過直接觀察SMPS的輸入來分析阻抗。


      如果在頻率范圍內阻抗的實部大于0,則電路穩定,前提是假設SMPS控制回路本身穩定。我們可以通過解析或仿真來進行分析。即使輸入電路有許多元件,也可以輕松進行仿真,而解析設計則更為困難。我們將從使用LTspice的仿真開始。


      首先,通過公式推導計算負電阻的一階近似值。


      1682569192928544.png


      如果轉換器的輸入功率為30 W,則當電壓為12 V時,可通過計算得到電阻為–122/30 Ω = –4.8 Ω。輸入濾波器由LC濾波器組成。假設輸入由低電阻電源饋入,則可以簡化等效電路,并將其歸結為圖4所示的示例原理圖,其中理想情況下電源為0 Ω。


      1682569171991196.png

      圖4.SMPS及其輸入網絡示例。


      如果我們在仿真中增加了一個電流源,則可以按V(IN)/I(I1)計算輸入端的小信號電阻。在LTspice中可輕松對該過程進行仿真。


      1682569156296098.png

      圖5.在網絡中添加電流源激勵(I1)。


      1682569145532162.png

      圖6.在注入點的電阻仿真結果。


      從阻抗圖中可以看出,諧振峰值約為23 kHz。在LC電路的諧振頻率附近,阻抗的相位在90°至270°范圍內,這意味著阻抗的實部為負。我們也可以在笛卡爾坐標中繪制阻抗圖,并直接查看其實部。此外值得注意的是,由于高Q,實部在諧振頻率下變得非常大(–3 Ω)。


      1682569130338077.png

      圖7.笛卡爾坐標中與圖6所示相同的阻抗。


      圖8顯示的是一個時域仿真,在1 ms時注入干擾瞬態電壓,結果表明干擾瞬態電壓會導致不穩定性。


      1682569111938650.png

      圖8.在1 ms時注入瞬態電壓的仿真。


      如之前所述,顯然我們不希望在設計中為無功部件增加串聯電阻。在不會對設計產生不利影響(除尺寸)的情況下,我們可以做的一件事情就是增加一個阻尼電容,且該電容的電容量與適用于在相關頻率下控制阻抗的串聯電阻相同或更大。為獲得合理的阻尼效果,電容尺寸應至少比已存在輸入電容大一個小因數。串聯電阻應顯著低于SMPS的負電阻,但在相關頻率下應等于或大于所增加電容的電抗。如果增加了一個非陶瓷bulk電容,同時假設元件變化存在裕量,則其寄生ESR本身可能就足夠了。


      如何選擇阻尼電容及其串聯電阻


      在LTspice中反復試錯,或如果電路比較簡單,則使用以下分析方法檢索值。


      首先,計算輸入電容和輸入電感的諧振頻率,如果與輸入濾波器相比,電感另一端的電源可視為低電阻,則輸入電容和輸入電感可視為并聯在SMPS輸入與AC接地之間。


      1682569096326116.png


      在諧振頻率下,電容和電感的電抗絕對值相等。


      1682569086192258.png


      諧振頻率下的總并聯阻抗定義為以下復雜公式:


      1682569073710425.png


      由于XL = –XC,且RL和RC通常遠小于電抗,因此可以近似計算并簡化該公式。


      1682569062512425.png


      最后,輸入 1682569492974679.png的值。


      1682569051611941.png


      此為諧振頻率下輸入濾波器的等效并聯電阻。


      如果該電阻低于SMPS負電阻的絕對值,則正電阻處于主導,且輸入濾波器網絡將保持穩定。


      如果高于絕對值,或存在一點裕量,則必須增加阻尼。


      可以通過之前所述的額外電容與用于實現最佳阻尼的串聯電阻來增加阻尼。參見圖9中的R1和C2。


      1682569039779730.png

      圖9.在輸入端添加了阻尼網絡R1和C2。


      額外電容的值必須等于或大于濾波器電容。在輸入濾波器的諧振頻率下,電容的電抗必須顯著低于SMPS負電阻的絕對值,如果滿足第一個條件,則通常為這種情況。


      選擇額外電容的尺寸是一個折中的方法。我們的一個設計目標是接近輸入濾波器的臨界阻尼。可以通過計算達到臨界阻尼的并聯電阻來實現這一目標,當并聯電阻為電抗值的一半(Q = 1/2)時就會出現臨界阻尼。這意味著輸入濾波器的并聯電阻應等于諧振頻率下輸入濾波器C和L的電抗的一半,而該輸入濾波器與SMPS負電阻并聯,SMPS負電阻則與所述(負)阻尼電阻RDAMP并聯。


      1682569023152450.png


      如果L/C × 1/(RL + RC)的值和|RIN|的值遠大于1682569585204972.png的值,則公式可簡化為:


      1682568991344681.png


      相對于阻尼電阻,應選擇合理尺寸的阻尼電容。建議選擇XDAMP = 1/3 × RDAMP,這意味著,如果上述L/C × 1/(RL + RC)和|RIN|遠大于1682569650169220.png的假設仍有效,則CDAMP = 6 × C。


      輸入將不會達到但會接近臨界阻尼。如果可以容許更多的振鈴,且設計裕度穩定,則可以使用較小的C。在本例中,


      1682568976415686.png


      我們按照圖10所示使用0.68 Ω和68 μF。圖11和圖12顯示了干擾的時域響應和AC阻抗。


      1682568964803942.png

      圖10.使用建議元件值的阻尼網絡。


      1682568953448389.png

      圖11.時域瞬態響應。


      1682568941662094.png

      圖12.阻抗與頻率的關系。


      負電阻的頻率特性


      我們可以假設電源單元(PSU)將在控制回路的回路帶寬范圍外停止發揮負電阻的作用,但這通常是錯誤的假設。如果PSU處于電流模式下,則為保持調節器所需的電流峰值,針對正輸入電壓變化的即時響應為占空比變化。這意味著,當電壓增加時,輸入電流將暫時減小,反之亦然。


      因此,在開關頻率范圍內可保持負電阻。如果PSU采用電壓模式控制,則通常會有一個從輸入電壓到占空比的前饋功能,該功能將使轉換器立即響應輸入電壓變化,從而使輸出電壓保持恒定不變。這也是由于在開關頻率范圍內可保持負電阻造成的。問題在于,減少控制回路帶寬通常無法解決這個問題。此外,如果調節下游轉換器,仍可將未經調節的總線轉換器看作負電阻。


      結論


      由于輸入網絡匹配較差造成的電源振蕩可能會被誤認為是控制回路不穩定。但如果知曉這是輸入網絡和負電阻相關的振蕩,則可以在LTspice中輕松分析和優化該特性。LTspice是一款免費的高性能SPICE仿真器軟件,包括原理圖捕獲圖形界面??商綔y原理圖以產生仿真結果,通過LTspice內置波形查看器輕松探索。與其他SPICE解決方案相比,LTspice的增強功能和模型可改善模擬電路仿真。



      免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理。


      推薦閱讀:


      雖然半導體行業增長放緩,但MEMS揚聲器依舊會大漲

      DC-DC轉換器輸入線有噪聲?交給3端子濾波器來解決!

      臨床級、方便、高效,便攜式醫療設備進入尋常百姓家

      基于變壓器的穩壓器采用靈活的TLVR結構,實現極快的動態響應

      12V不夠用了,數據中心48V電源架構正在走向臺前!

      特別推薦
      技術文章更多>>
      技術白皮書下載更多>>
      熱門搜索
      ?

      關閉

      ?

      關閉

      主站蜘蛛池模板: 国产精品无卡毛片视频| 免费人成网站视频在线观看国内| 丰满人妻一区二区三区无码av| 无码免费伦费影视在线观看| 欧美成人看片一区二区| 人妻少妇乱孑伦无码专区蜜柚| 欧美成人天天综合在线| 亚洲美免无码中文字幕在线| 无码纯肉动漫在线观看| 人妻少妇偷人精品无码| 亚洲爆乳少妇无码激情| 午夜福利yw在线观看2020| 国产偷国产偷亚洲清高孕妇| 日本熟妇厨房bbw| 国产精品丝袜黑色高跟鞋| 日本最新高清一区二区三| 久久久一本精品久久精品六六| 人人妻人人狠人人爽天天综合网| 精品一区二区三区波多野结衣| 国产女精品视频网站免费| 天天做天天爱夜夜爽女人爽| 99精品久久99久久久久胖女人 | 亚洲依依成人综合网址| 国产精品h片在线播放| 2020国产成人精品影视| 久久精品国产99国产精品亚洲| 人妻少妇偷人精品无码| 中文字幕乱码人妻二区三区| 久久国产精久久精产国| 国产麻豆精品一区| 亚洲综合天堂av网站在线观看| 欧美成人精品高清视频在线观看| 大狠狠大臿蕉香蕉大视频| 国产aⅴ无码久久丝袜美腿| 国产av国片精品一区二区| 人妻少妇偷人精品无码| 狠狠婷婷色五月中文字幕| 欧美国产日韩在线三区| 国产农村黄aaaaa特黄av毛片| 国内精品久久久久久tv| 日韩欧美在线观看一区二区视频|