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電源適配器設(shè)計(jì)例子

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電源適配器設(shè)計(jì)例子

電源適配器廠家：東莞玖琪跟讀者分享關(guān)于：Buck調(diào)整器輸出濾波電感（扼流圈）的設(shè)計(jì)
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(jì)算傳遞函數(shù)和環(huán)路補(bǔ)償值時(shí)一般作為低通濾波器來(lái)處理。
然而，讀者更喜歡將電感看成是開(kāi)關(guān)過(guò)程中維持電流相對(duì)恒定的元件（即當(dāng)功率器件導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)存能量，功率器件關(guān)斷時(shí)，將儲(chǔ)存的能量傳遞給輸出端）。

電源適配器廠家認(rèn)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(yīng)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(shè)計(jì)與扼流圈（包含相當(dāng)大的直流電流分量）的設(shè)計(jì)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(diǎn)幅值等于直流輸出電流I0的平均值。
由前面的分析可知，當(dāng)直流輸出負(fù)載電流減小時(shí)，電流斜坡的斜率仍保持恒定（因?yàn)殡姼蠰的端電壓恒定）。但是當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，紋波電流將整體向下移。
當(dāng)負(fù)載電流為斜坡峰一峰值的一半，即時(shí)，斜坡的最低點(diǎn)正好降到零。在這個(gè)最低點(diǎn)處，電感電流為零，儲(chǔ)能為零。如果負(fù)載電流進(jìn)一步減小，電感將進(jìn)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(shù)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(zhuǎn)變的過(guò)程如圖所示。圖中給出了Buck調(diào)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(fù)載電流從額定電流5A降到0.2A。
前兩個(gè)波形均為階梯斜坡，隨電流減小階梯值降低，斜坡中點(diǎn)電流接近于直流輸出電流。
I0=0.95A時(shí)（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(shí)電感進(jìn)入不連續(xù)模式，此時(shí)負(fù)載電流為臨界電流。從圖中前3個(gè)波形可見(jiàn)，Q1導(dǎo)通時(shí)間不變，但進(jìn)入不連續(xù)模式以后，（1導(dǎo)通時(shí)間會(huì)急劇下降。

在這個(gè)例子中，控制環(huán)路能夠在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)將輸出電壓控制在5V，即使電感進(jìn)入不連續(xù)工作模式。因此，這很容易讓人產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，認(rèn)為電源適配器電感進(jìn)入不連續(xù)工作模式對(duì)電路工作沒(méi)有影響。實(shí)際上，傳遞函數(shù)已發(fā)生變化（下面將討論），控制環(huán)路必須適應(yīng)這種變化。而且在Boot拓?fù)渲?，這種轉(zhuǎn)變會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題。
對(duì)于Buck調(diào)整器，電感進(jìn)入不連續(xù)工作模式也沒(méi)問(wèn)題。在進(jìn)入不連續(xù)模式之前，直流輸出電壓  。注意此公式與負(fù)載電流參數(shù)無(wú)關(guān)，所以當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，不需要調(diào)節(jié)占空比，輸出電壓仍保持恒定（Buck調(diào)整器的等效輸出電阻非常低）。實(shí)際上，當(dāng)輸出電流變化時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間也會(huì)稍微變化，這是因?yàn)镼1的導(dǎo)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(dāng)?shù)恼{(diào)整。
但進(jìn)入不連續(xù)模式后，傳遞函數(shù)會(huì)發(fā)生很大的改變的關(guān)系將不再適用，這可從圖中最后兩個(gè)波形看到。圖中Q1的導(dǎo)通時(shí)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(shí)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(fù)載電流有關(guān)，輸出電壓V定義為

因?yàn)榭刂骗h(huán)路要控制輸出電壓恒定，負(fù)載電阻R與負(fù)載電流成反比例關(guān)系。假設(shè)V0、V1、L和T恒定，為了控制電壓恒定，占空比D必須隨著負(fù)載電流的變化而變化。
12w電源適配器在臨界轉(zhuǎn)換電流處，傳遞函數(shù)從連續(xù)模式轉(zhuǎn)變成不連續(xù)模式。工作于連續(xù)模式時(shí)，占空比保持恒定，不隨負(fù)載電流而改變（相當(dāng)于零輸出阻抗）；工作于不連續(xù)模式時(shí)，占空隨負(fù)載電流減小而改變（相當(dāng)于有輸出阻抗）。因此，工作于不連續(xù)模式時(shí)，控制環(huán)路的設(shè)計(jì)較困難，而且瞬態(tài)特性將降級(jí)。

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| 發(fā)布時(shí)間：2019.01.11    來(lái)源：電源適配器廠家
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