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電源適配器設計例子

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電源適配器設計例子

電源適配器廠家：東莞玖琪跟讀者分享關于：Buck調整器輸出濾波電感（扼流圈）的設計
注釋：電源適配器輸出電感和電容一般作為低通濾波器，而且電源適配器在計算傳遞函數和環(huán)路補償值時一般作為低通濾波器來處理。
然而，讀者更喜歡將電感看成是開關過程中維持電流相對恒定的元件（即當功率器件導通時，電感儲存能量，功率器件關斷時，將儲存的能量傳遞給輸出端）。

電源適配器廠家認為扼流圈可看成是一種功率電感，電源適配器可以承受交流電壓應力，并可承受直流電流分量。電源適配器廠家東莞玖琪在前面跟大家介紹純電感（直流電流分量為零）的設計與扼流圈（包含相當大的直流電流分量）的設計有很大區(qū)別。
輸出電感（扼流圈）的電流波形如圖所示，它的雙斜坡波形在節(jié)有定義。注意電流斜坡的中點幅值等于直流輸出電流I0的平均值。
由前面的分析可知，當直流輸出負載電流減小時，電流斜坡的斜率仍保持恒定（因為電感L的端電壓恒定）。但是當負載電流減小時，紋波電流將整體向下移。
當負載電流為斜坡峰一峰值的一半，即時，斜坡的最低點正好降到零。在這個最低點處，電感電流為零，儲能為零。如果負載電流進一步減小，電感將進入不連續(xù)工作模式，電壓和電流的波形，以及閉環(huán)傳遞函數將發(fā)生較大變化。
15W電源適配器連續(xù)工作模式向不連續(xù)工作模式轉變的過程如圖所示。圖中給出了Buck調整器的功率切換電流波形，工作頻率為25kHz，輸入電壓為25V，輸出電壓為5V，負載電流從額定電流5A降到0.2A。
前兩個波形均為階梯斜坡，隨電流減小階梯值降低，斜坡中點電流接近于直流輸出電流。
I0=0.95A時（如圖所示的第三波形），斜坡階梯剛好消失，電流波形斜坡的始端為零電流，這時電感進入不連續(xù)模式，此時負載電流為臨界電流。從圖中前3個波形可見，Q1導通時間不變，但進入不連續(xù)模式以后，（1導通時間會急劇下降。

在這個例子中，控制環(huán)路能夠在整個負載范圍內將輸出電壓控制在5V，即使電感進入不連續(xù)工作模式。因此，這很容易讓人產生錯覺，認為電源適配器電感進入不連續(xù)工作模式對電路工作沒有影響。實際上，傳遞函數已發(fā)生變化（下面將討論），控制環(huán)路必須適應這種變化。而且在Boot拓撲中，這種轉變會產生一些問題。
對于Buck調整器，電感進入不連續(xù)工作模式也沒問題。在進入不連續(xù)模式之前，直流輸出電壓  。注意此公式與負載電流參數無關，所以當負載電流變化時，不需要調節(jié)占空比，輸出電壓仍保持恒定（Buck調整器的等效輸出電阻非常低）。實際上，當輸出電流變化時，導通時間也會稍微變化，這是因為Q1的導通壓降和電感電阻隨著電流的變化而略有變化，這需要T做出適當的調整。
但進入不連續(xù)模式后，傳遞函數會發(fā)生很大的改變的關系將不再適用，這可從圖中最后兩個波形看到。圖中Q1的導通時間隨直流輸出電流的減小而顯著下降。
提示：比例Ton／T一般稱為占空比D，連續(xù)工作模式時的電壓公式可表述為   但是在不連續(xù)工作模式下，占空比與負載電流有關，輸出電壓V定義為

因為控制環(huán)路要控制輸出電壓恒定，負載電阻R與負載電流成反比例關系。假設V0、V1、L和T恒定，為了控制電壓恒定，占空比D必須隨著負載電流的變化而變化。
12w電源適配器在臨界轉換電流處，傳遞函數從連續(xù)模式轉變成不連續(xù)模式。工作于連續(xù)模式時，占空比保持恒定，不隨負載電流而改變（相當于零輸出阻抗）；工作于不連續(xù)模式時，占空隨負載電流減小而改變（相當于有輸出阻抗）。因此，工作于不連續(xù)模式時，控制環(huán)路的設計較困難，而且瞬態(tài)特性將降級。

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| 發(fā)布時間：2019.01.11    來源：電源適配器廠家
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