二: DC/DC 電源中電阻和電容的選擇和設(shè)計(jì):
1: 功率回路中的電容的特性和設(shè)計(jì):
電解電容器一般都有很大的電容量和很大的等效串聯(lián)電感。由于它的諧振頻率很低,所以只能使用在低頻濾波上。鉭電容器一般都有較大電容量和較小等效串聯(lián)電感,因而它的諧振頻率會(huì)高于電解電容器,并能使用在中高頻濾波上。瓷片電容器電容量和等效串聯(lián)電感一般都很小,因而它的諧振頻率遠(yuǎn)高于電解電容器和鉭電容器,所以能使用在高頻濾波和旁路電路上。由于小電容量瓷片電容器的諧振頻率會(huì)比大電容量瓷片電容器的諧振頻率要高,因此,在選擇旁路電容時(shí)不能光選用電容值過(guò)高的瓷片電容器。為了改善電容的高頻特性,多個(gè)不同特性的電容器可以并聯(lián)起來(lái)使用。圖3是多個(gè)不同特性的電容器并聯(lián)后阻抗改善的效果。
ΔV= ΔI X ESRCout
當(dāng)然并聯(lián)越多, ESR越低,輸出紋波越小。

2:功率回路中的電感特性和設(shè)計(jì):
I:Buck電路中輸出電感的選擇:
電感量的計(jì)算方法, DC/DC 輸出電感電流波形根據(jù)工作的模式不同如下圖所示:

參數(shù)r的說(shuō)明:
一般r值我們選0.25-0.5(最大輸出電流時(shí))
從公式可以看到, r隨輸出電流變化而變化,當(dāng)r=2時(shí),電感工作模式從連續(xù)過(guò)度到非連續(xù)。
基本方法的計(jì)算公式是從V=L*di/dt演化出來(lái):
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正激類(lèi)輸出濾波電感和 變換器輸出電感相同一般工作在電流連續(xù)模式。電感量為:
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Ui----電感輸入端電壓
D---Ton/T占空比
Uo---輸出電壓
F=1/T---開(kāi)關(guān)頻率
k=ΔI/2Io
允許的紋波電流越小,即 越小,電感越大,紋波電流, 反之,電感較小,要求的電容較大, 一般k=0.05~0.1
II: 電感飽和電流必須滿(mǎn)足以下公式:

一般選擇電感的飽和電流大于或等于控制器的最大開(kāi)關(guān)電流。
Boost和Buck-boost電感的設(shè)計(jì):
當(dāng)設(shè)計(jì)為連續(xù)工作模式時(shí),所需的電感量必須滿(mǎn)足以下公式:
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式中Ii=Io/η(1-D)---輸入電流平均值。
η---變換器效率。
當(dāng)設(shè)計(jì)為斷續(xù)工作模式時(shí),所需的電感量必須滿(mǎn)足以下公式:
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式中: Ui---電感輸入端電壓
3:系統(tǒng)的穩(wěn)定性補(bǔ)償:
這是一電壓式(VM) DC/DC控制器的頻響曲線: (沒(méi)有回路補(bǔ)償)

從以上曲線可以看出:
主極點(diǎn)由輸出電感電容諧振決定的雙重極點(diǎn)。增益以-40Db/斜率下降
輸出的等效內(nèi)阻ESR和容值構(gòu)成一級(jí)零點(diǎn),此時(shí)增益以-20Db/斜率下降直到過(guò)零點(diǎn)。,這樣一來(lái)使得相位余量的范圍在450到900
但當(dāng)輸出電容的ESR太低,相移可能達(dá)到1800, 而且f0 太接近開(kāi)關(guān)頻率(f0》fsw/3),也會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。
綜上所看:
高ESR 的輸出電容 Cout , 可以得到更大的相位余量,但同時(shí)輸出紋波較大,因?yàn)?ΔV= ΔI X ESRCout. 。 低感量的輸出電感可以得到更大的相位余量,在在負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)中過(guò)沖很小,但開(kāi)關(guān)電流的峰值高會(huì)很高,即輸出輸出紋波較大。

因此我們可以說(shuō), 電源設(shè)計(jì)是一系列的折衷考慮。
為了使我們的電源系統(tǒng)更加穩(wěn)定, 如果有調(diào)整電壓輸出反饋端,不過(guò)去我們可以通過(guò)以下方法調(diào)整, 使的我們可以在采用在采低的ESR電容, 輸出紋波更低的條件下系統(tǒng)更穩(wěn)定。
I: 一般的電壓分壓反饋網(wǎng)絡(luò):
傳輸函數(shù) G(S):

II: 加入一前饋電容:
其傳遞函數(shù)和增加的一級(jí)零, 極點(diǎn)如下:


III:
這種補(bǔ)償方式增加一零點(diǎn)和一高頻極點(diǎn)但減少了高頻增益。被用于增加系統(tǒng)的相位余量。

IV:
這種補(bǔ)償方式用于減少DC/DC變換器的高頻增益, 提高相位裕量。并且減少反饋端的噪聲。 但電容容值不能太大, 否則可能使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)減慢。


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