電源設(shè)計中的這6個問題終于明白了！

問題列表

01：開關(guān)電源的帶寬是不是越高越好?

02：為什么PFC的帶寬要控制在10~20Hz?

03：用UC3842~45控制的開關(guān)電源,其限流點(diǎn)為什么會隨輸入電壓變化?

04：開關(guān)電源的帶容性負(fù)載能力是不是越大越好?

05：在峰值電流控制中,當(dāng)占空比大于0.5時,為什么要加斜波補(bǔ)償電路?

06：兩個完全穩(wěn)定的開關(guān)電源,組成系統(tǒng)時,為什么會產(chǎn)生振蕩?

問題一開關(guān)電源的帶寬是不是越高越好?

1)：兩種常見控制的開關(guān)電源框圖

(1)：峰值電流型控制

(2)：電壓型控制

2)：開關(guān)電源帶寬的定義

(1)：開關(guān)電源的小信號傳遞函數(shù)方塊圖

(2)：開關(guān)電源的小信號閉環(huán)環(huán)增益

(3)：開關(guān)電源閉環(huán)小信號等效電路

(4)：開關(guān)電源閉環(huán)小信號等效電路中的動態(tài)參數(shù)

開關(guān)電源閉環(huán)小信號等效電路中的動態(tài)參數(shù)是否有解(或開關(guān)電源是否穩(wěn)定)與其閉環(huán)環(huán)增益T ( s )有關(guān).

開關(guān)電源閉環(huán)小信號等效電路中的動態(tài)參數(shù)是否滿足開關(guān)電源的動態(tài)規(guī)格與其閉環(huán)環(huán)增益T ( s )有關(guān).

(5)：開關(guān)電源的穩(wěn)定性判椐及開關(guān)電源的帶寬概念

-- 用環(huán)增益的Bode圖，可判斷開關(guān)電源的穩(wěn)定性。

-- 環(huán)增益的帶寬：其幅頻特性與零dB相交處的頻率；fc

-- 環(huán)增益的相位裕量：

-- 環(huán)增益的增益裕量：環(huán)增益相位為-180°處的環(huán)增益幅度的分貝絕對值。

穩(wěn)定性條件：，增益裕量≥6分貝。

上述條件須在所有穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上及全部環(huán)境溫度下均滿足，系統(tǒng)才是穩(wěn)定的。

開關(guān)電源的帶寬就是其閉環(huán)環(huán)增益的帶寬。

3)：開關(guān)電源帶寬的高低對開關(guān)電源的影響

(1)：從開關(guān)電源的穩(wěn)定性看,帶寬越低,電源越容易穩(wěn)定：

--- 對PCB布板要求降低；

--- 補(bǔ)償電路的抗高頻干擾能力增強(qiáng)；

--- 相位裕量增加；

(2)：從開關(guān)電源的動態(tài)指標(biāo)看,帶寬越高,電源的動態(tài)性能越好；

--- 可提高對輸入低頻紋波的抑制能力；

--- 可提高對輸出負(fù)載電流變化的抑制能力；

(3)：在滿足同樣動態(tài)指標(biāo)時,帶寬高的開關(guān)電源,會有更高的功率密度和更低的成本：

--- 帶寬越高,其低頻處的閉環(huán)音頻隔離度就越小,輸出端的低頻率紋波就越小,在輸出紋波一樣時,輸入端的濾波電容就越??；同樣的道理在負(fù)載跳變所引起的輸出電壓變化一樣時,輸出端的濾波電容就越??；

(4)：提升開關(guān)電源的帶寬,對開關(guān)電源的性價比非常有利,但受許多因素牽制:

--- 開發(fā)人員的水平；

--- 合理的總體方案；

--- PCB布板要求的提高等等．

４)：開關(guān)電源的帶寬是不是越高越好？

答案：是

因?yàn)橹挥胁粩嗵岣唛_關(guān)電源的帶寬，才能保證你的開關(guān)電源產(chǎn)品更有競爭力，才能更好地滿足客戶的要求．

問題二為什么PFC的帶寬要控制在10~20Hz?

1)：傳統(tǒng)PFC的實(shí)現(xiàn)框圖

通過一個乘法器和電壓環(huán)實(shí)現(xiàn)輸出的穩(wěn)壓，正弦的電流環(huán)基準(zhǔn)，及輸入的前饋；用快速的電流環(huán)實(shí)現(xiàn)輸入電流的正弦和單位功率因數(shù)。

2)：實(shí)現(xiàn)與輸入電壓同相且失真很小的輸入正弦電流之要求

(1)：電流環(huán)的基準(zhǔn)必須與輸入電壓同相且失真很小：

(2)：電流環(huán)的速度足夠快或者該環(huán)環(huán)增益的帶寬足夠高。

3)：為什么PFC的帶寬要控制在10~20Hz?

(1)：因?yàn)殡娏鳝h(huán)的基準(zhǔn)為：

其中：

為輸入電壓波形的取樣信號：

為輸入電壓有效值的取樣信號：

當(dāng)輸入電壓波形無失真時，基準(zhǔn)電流的波形在B為凈直流時，為理想的正弦。而現(xiàn)在的B是電壓環(huán)的輸出，它有一個直流分量和一個兩倍網(wǎng)頻分量。兩倍網(wǎng)頻分量產(chǎn)生的原因見下面的分析：

（1）電路原理圖（穩(wěn)態(tài)）

（2）分析假定

（1）：忽略輸出電壓的紋波；Vo（t）≈Vo

（2）：輸入電流為正弦波，與輸入電壓同相；

（3）：定頻控制，且最大占空比可等于1；

（4）：功率級元器件均理想；

（5）：電感電流為CCM。

（3）：穩(wěn)態(tài)電路波形

（3）：穩(wěn)態(tài)電路波形

(2)：所以電流環(huán)的基準(zhǔn)可寫成：

所以基準(zhǔn)中的第二項(xiàng)會帶來失真，為減小該失真，唯一的辦法就是將vcm減小到很小，使第二項(xiàng)的影響可忽略。這就要求電壓環(huán)的補(bǔ)償電路對輸出電壓的2倍網(wǎng)頻分量有非常大的衰減。經(jīng)分析可知，為實(shí)現(xiàn)3%左右的輸入正弦電流失真度，電壓環(huán)的帶寬一般須控制在10~20Hz。

PFC的電壓環(huán)設(shè)計Bode圖見如下：

問題三用UC3842~45控制的開關(guān)電源,其限流點(diǎn)為什么會隨輸入電壓變化?

1)：峰值電流型控制的調(diào)制器方程

(1)：無外部補(bǔ)償斜波（占空比小于0.5）：

(2)：限流時調(diào)制器的穩(wěn)態(tài)方程：

2)：正激變換器的限流點(diǎn)

從方程可知，限流點(diǎn)與輸入電壓有關(guān)。

3)：反激變換器的限流點(diǎn)

從方程可知，限流點(diǎn)與輸入電壓有關(guān)。

4)：可見用UC3842~45控制的開關(guān)電源,其限流點(diǎn)會隨輸入電壓變化，在有外部斜波補(bǔ)償時，用同樣的分析，也有同樣的結(jié)果。

5)：采用UC3842~45控制的開關(guān)電源,其限流點(diǎn)的調(diào)試通常比較費(fèi)時，往往要加一個輸入電壓前饋來盡量減小限流點(diǎn)與輸入電壓的影響。大家要先進(jìn)行分析，再設(shè)計參數(shù)，然后再去調(diào)試，這樣可以減少很多時間。

6)：下面是對反激變換器的限流點(diǎn)分析．

過流保護(hù)直接采用UC3844的峰值限流功能來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)超過限流點(diǎn)時，比較器會限制占空比，從而減小輸出電壓，當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增加時，輸出電壓會變得更低，因輔助電源Vcc-p是從變壓器的輔助繞組中獲得的，所以輔助電源的電壓也會變低，在過流點(diǎn)后的某一負(fù)載范圍內(nèi)，如輔助電源仍在IC的關(guān)斷電壓之上，則開關(guān)電源仍將工作，但按恒峰值電流方式工作，當(dāng)負(fù)載再繼續(xù)增加后，輔助電源的電壓就不足以維持IC的工作，而會將IC關(guān)斷。IC的關(guān)斷導(dǎo)致DC/DC的關(guān)斷，負(fù)載電流下降，但由于IC的電源電壓有一個很大的回差，所以要在一定時間后，才能重新啟動開關(guān)電源，如過載故障還在，則會再一次關(guān)斷開關(guān)電源，形成一種間隙的保護(hù)方式，如過載故障已經(jīng)消失，則將重新開啟電源。但因峰值電流限流方式與輸入電壓的大小很有關(guān)系，輸入低限的限流點(diǎn)比輸入高限的限流點(diǎn)要低，為保證限流點(diǎn)的盡可能一致，圖中在電流采樣中加了一個輸入電壓的前饋。

1)：未加輸入電壓前饋時的過流點(diǎn)與輸入電壓的關(guān)系

2)：加輸入電壓前饋后的過流點(diǎn)與輸入電壓的關(guān)系

3)：加輸入電壓前饋后的參數(shù)設(shè)計

方程中除了Rs、R5、R6未知外，其它參數(shù)都是已知的。所以三個方程應(yīng)當(dāng)可以求得一組近似解。而目前是在實(shí)驗(yàn)中湊參數(shù)。來調(diào)節(jié)限流點(diǎn)，這往往會花費(fèi)開發(fā)人員大量的時間，而且從方程可知，對于不同的輸入電壓范圍，不同的主電路參數(shù)，這組參數(shù)是不同的，因而不能隨便套用，做這個實(shí)驗(yàn)，將使開發(fā)人員花費(fèi)很多時間。

問題四開關(guān)電源的帶容性負(fù)載能力是不是越大越好?

1)：開關(guān)電源的帶容性負(fù)載能力

開關(guān)電源能夠帶的最大負(fù)載電容，稱為開關(guān)電源的容性負(fù)載能力。

2)：開關(guān)電源容性負(fù)載能力的大小給用戶有什么好處？

對兩家公司的開關(guān)電源進(jìn)行比較時：

（1）：在其帶寬相同時，帶容性負(fù)載能力越強(qiáng)的開關(guān)電源，用戶使用時的動態(tài)負(fù)載范圍會更寬；

（2）：當(dāng)帶寬不相同時，帶寬低的開關(guān)電源，即使具有更大的帶容性負(fù)載能力，在帶寬高的開關(guān)電源能滿足的動態(tài)負(fù)載場合，也應(yīng)盡量避免選擇前者，原因是它讓用戶使用更多的電容，占據(jù)更多的空間；

（3）：如能夠?qū)㈤_關(guān)電源的帶寬提高許多，而降低其帶容性負(fù)載的能力，對用戶是好事，對電源公司且會增加開發(fā)難度。一個電源企業(yè)要想辦法提高開關(guān)電源的帶寬讓用戶去滿足快速的動態(tài)負(fù)載，而不是想辦法讓用戶用更多的電容去滿足快速的動態(tài)負(fù)載。

答案：開關(guān)電源的帶容性負(fù)載能力并不是越大越好。只有在帶寬相同時，才是越大越好，當(dāng)帶寬不同時，這個能力不能比較。

或許得在電源規(guī)格中引入一個帶寬與容性負(fù)載能力乘積的指標(biāo)，才能對各家企業(yè)的開關(guān)電源進(jìn)行這方面的比較。

問題五在峰值電流控制中,當(dāng)占空比大于0.5時,為什么要加斜波補(bǔ)償電路?

1)：從調(diào)制器的波形看子諧波振蕩的現(xiàn)象（CCM）

D>0.5，有不穩(wěn)定性問題---因外部時鐘的原因，這種不穩(wěn)定性表現(xiàn)為子諧波振蕩

2)：從等效功率級的小信號傳遞函數(shù)看子諧波振蕩的原因（用Buck變換器作為例子 --CCM）

從Qp可知,當(dāng)無外部斜波補(bǔ)償(mc=1）時,對應(yīng)于占空比大于0.5的工作點(diǎn),CCM下的等效功率級會產(chǎn)生子諧波振蕩,所以必須外加一個一定含量的外部斜波補(bǔ)償.

3)：為了避免子諧波振蕩，必須保證Qp＞0，所以在占空比大于0.5時，要加一個外部斜波補(bǔ)償。

4)：所有功率變換器在CCM下的峰值電流型控制中，其等效功率級的小信號傳遞函數(shù)中，都有下面的一項(xiàng)

所以：在峰值電流控制中,當(dāng)占空比大于0.5時,都存在子諧波振蕩，只有加一個合適的斜波補(bǔ)償電路才能克服該子諧波振蕩。

5)：后面給出幾種外部斜波補(bǔ)償?shù)慕尤腚娐?/strong>