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精通开关电源设计 自学笔记与探讨
阅读: 16270 |  回复: 363 楼层直达

2014/01/14 13:10:22
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SKY丶辉煌
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司令

QQ截图20160321155901  高效、易用、便捷的电源调试助理——是德科技E36313A可编程直流电源测评

QQ截图20160321155901  在测试完智能手表的功耗之后,我发现了两个比较严重的问题……

QQ截图20160321155901  有几个人知道Tag 在不同工作状态下背后隐藏的秘密!


正处于本科三年级的我,在黑龙江的一所学校里,眼看明年就要毕业了。更加紧张的气氛和心情由之而来。2013年7月到现在,已经有半年了,这半年里,接触最多的就是开关电源了,暑期参加了一个老师的培训班,对开关电源有了些了解,同时,也在老师的指导下,我们也做过BUCK,BOOST,BUCK-BOOST,FLYBACK,正激,推挽,半桥,APFC(当然图纸都是老师给好的,一个一个元件给我们讲,分析各个元件的作用)。当时的我,做出来的实验效果后,是那么的欣喜。我们没有EMI,也没有过热保护,没有一些产品该有的东西,我们在老师的培训班里,更多的是这个图中的R,L,C以及二极管,MOS,变压器的计算与选择。我知道每一个开关电源的设计者都有着不同的思路与方法,裕量这方面就取得完全不同。首先,我要感谢我的老师,是他让我了解了开关电源,没有他的20多天的授课,我不可能接触到这么多的知识。但是,我要青出于蓝而胜于蓝,不能辜负老师对我的培养。其次,对于学电气工程及其自动化的我,大一就忙人际关系,学生会到是玩的挺开心,大二的时候,学了单片机,AT89S52,STM8,挺好玩的,包括智能循迹遥控小车,摇摇棒一些电子制作。大二的暑期,我决定了,我要给自己定一个方向,沿着这个方向走下去!于是我选择了开关电源。最后,我应该需要大家的帮助,在这里提前感谢大家。因为我觉得我的理论知识还不够扎实,阅读与自学的能力应该提高。于是我选择了做一个事情:学习这本《精通开关电源设计》王志强等译。因为我才疏学浅,所以,每天我都会去学,每天不懂得问题,我都会发出来,希望大家可以一起讨论去解决。也希望我自学的这个过程,也可以给许多刚开始入门开关电源的朋友带来些经验与启发。

标签 开关电源
四通道3MHz低功耗低噪1.8V CMOS运算放大器 IO-Link数字输入集线器参考设计 低噪声稳压开关电容电压逆变器
单电流限流配电开关5-SOT-23 -40至85 带音频附件支持的USB Type-C™电源通道保护 具有40μA静态电流的 2A SIMPLE SWITCHER®、降压稳压器
12位,2.7-GSPS,RF采样模数转换器 单USB车载充电器带电缆补偿和电池短路保护 LP38798-ADJ Hi PSRR超低噪声 800mA低输入电压稳压器
2014/01/14 13:15:07
2
SKY丶辉煌
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司令

1.1简介

老师把开关电源描述成一个规模庞大的运输系统,把规定时间内运输一定量的旅客比作功率。一种使用大型客车,但是相隔时间长,另一只就是用小型货车,相隔时间很短。这样就解释了开关电源的频率高的问题,问题形容的生动形象。减小能量包的大小,从而减小用来存储和传输能量的尺寸。

2014/01/14 23:02:08
18
SKY丶辉煌
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司令

1.2.6通过电抗元件获得高效率

现代开关电源效率高的根本原因是电容和电感的有效共同使用。

电容和电感被归类为电抗元件,因为他们具有独特的储能作用,该功能使其不发生功耗(本身不消耗能量),仅将所获得的能量储存起来。

电容储存的能量成为静电能量。

电感储存的能量成为磁能。

2014/01/18 13:55:27
165
SKY丶辉煌
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司令

渐渐的,已经写完了书的1/4,但是我发现,看帖的人很多,留言的人并不多。我也不知道是什么原因,没有大家的鼓励,这条道真的很难走下去。

在这里,我也呼吁大家:如果觉得我总结还可以的话,大家给个意见,哪里不好,哪里改优化,我一定会改正的。我需要大家的帮助。

你们的支持,我才可以走的更远。

欢迎各位师长军长也过来莅临指导。

2014/02/21 10:28:28
306
FAEVICOR
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LV4
连长
你做的很好,对电源原理有了比较深刻的了解,继续努力吧!
2014/02/23 22:02:31
317
SKY丶辉煌
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LV10
司令
还不够,学习还是不够精
2014/02/24 15:38:48
327
FAEVICOR
电源币:24 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:37
LV4
连长
慢慢来,不要着急的,日积月累,循序渐进!
2014/01/14 13:17:25
3
SKY丶辉煌
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司令

输入电压Vin在规定工作范围Vinmin-Vinmax内变化,保持输出电压稳定的过程成为网压调节,也就是我们培训的张老师讲的电压调整率。

 

2014/01/14 13:18:38
4
SKY丶辉煌
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LV10
司令
当Io在其工作范围Iomin-Iomax变化时。调节文雅的过程成为负载调节。张老师讲的叫做负载调整率。
2014/07/19 14:25:53
344
法拉第
电源币:47 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:4
LV3
排长
楼主,我是个大三的学生,我跟你一样选择学开关电源。大二模电设计的时候做的线性稳压电源也提到负载调整率和电压调整率,我相信你发帖也是希望这是一个能让自己快速提高的平台,但我很少能帮到你,更多的是希望有一个好的榜样让我跟着学习。希望你能青出于蓝。
2014/07/19 19:11:57
345
SKY丶辉煌
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LV10
司令
谢谢!
2015/10/19 14:45:12
362
qianchengliu
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:11
LV2
班长
慢慢来,不要着急的,日积月累,循序渐进!
2014/01/14 13:20:15
5
SKY丶辉煌
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LV10
司令
下午要去上课,晚上回来更新。
2014/01/14 13:58:01
7
yhtfeel
电源币:88 | 积分:10 主题帖:6 | 回复帖:322
LV7
旅长

20天把开关电源拓扑做了一遍!!!

2014/01/14 21:59:55
8
SKY丶辉煌
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司令
是的,应该说不叫做,是焊接而已,老师教我们的时候就跟我们说了,如果你们只学这点,还不好好学,那么以后最多就做个焊工。
2014/01/14 13:42:49
6
电源网-源源
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LV10
司令
哇哦~~~~~~三年级的本科哦 好年轻哇
2014/01/14 22:01:22
9
SKY丶辉煌
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司令
少年胜于欧洲,则国胜于欧洲,小时候不努力,现在都要找回来。出来混,迟早都要还的
2015/10/19 14:45:54
363
qianchengliu
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:11
LV2
班长
20天把开关电源拓扑做了一遍!!!
2014/01/14 22:04:51
10
SKY丶辉煌
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司令

1.2 概述和基本术语

    1.2.1 效率

    经验表明,温度每升高10°C,系统失效的可能性就会加倍。因此,作为设计人员的技能之一就是尽量减小温升,由此提高效率。

2014/01/14 22:09:50
11
SKY丶辉煌
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司令

1.2.2 线性调整器

低压降调整器,英文缩写LDO,一般认为最小压降约为200mV或者更低才能称为LDO。而传统线性调整器的压降通常约为2V,还有一种中间类型称为准LDO,其压降介于两者之间,约为1V。

线性调整器的优点在于非常安静,没有噪声,也没有电磁干扰(EMI)。

通常,开关调整器在输入和输出端都需要接滤波器来减小噪声,因为这些噪声与邻近设备相互干扰,并可能引起故障。开关变换器仍需要接入电感和定容组合的滤波器,有时甚至需要更多级滤波器来进一步衰减噪声。

2014/01/14 22:11:06
12
SKY丶辉煌
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司令
在这里想问一下各位大神,你们见到的,最多的是几级的滤波器?小弟只见过两级。
2014/02/21 10:39:41
307
FAEVICOR
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LV4
连长
要达到设计规格要求的输出纹波的指标要求,可以采用不同的输出滤波方式:根据开关电源的拓扑方式不同采用不同的滤波方式。如:单一的电解电容(加上高频陶瓷电容)等完成滤波;电感,电容共同完成滤波;2级电感电容滤波;3级电感电容滤波;如果要求更低的纹波(噪声),可以采用专用的纹波噪声滤波器,如果要得到更低的纹波及噪声并且输出功率很大,可以采用VICOR(美国公司)的大功率专用滤波模块。希望对你有所帮助哦。加油!
2014/02/23 22:03:31
318
SKY丶辉煌
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司令
恩恩,谢谢你的精彩解答。
2014/02/24 12:55:30
325
FAEVICOR
电源币:24 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:37
LV4
连长
不用客气的 继续努力吧!我会支持你!
2014/02/26 10:39:02
332
yangcaiyang
电源币:32 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:10
LV2
班长
楼主很好,看好楼主啊。。。。支持
2014/02/26 17:43:54
334
SKY丶辉煌
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司令

谢谢

2014/01/14 22:19:22
13
SKY丶辉煌
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司令

1.2.3 通过使用开关器件提高效率

实际开关过程有损耗,原因之一在于晶体管不可能完全地导通和关断,当它导通时,晶体管上有很小的压降;当它处于关断状态时,仍有很小的电流流过。另外,器件的开关不是瞬时完成的,半导体器件的导通和关断的状态转换通常需要一个过程。在此区间,V*I不为零,产生了额外的损耗。

2014/01/14 22:24:24
14
SKY丶辉煌
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司令

半导体器件极大地增强了变换器的可靠性和使用寿命。其最大优点是它不像机械开关那样有物理惯性,从而能够在导通和关断两种状态间非常迅速地重复转换。

 

2014/01/14 22:25:32
15
SKY丶辉煌
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司令

书中提到:“开关变换的速度几乎完全由外部驱动电路的功率和有效性确定。”为什么是驱动电路的功率啊?谁给解释下

2014/01/15 09:22:57
32
rainever
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LV8
师长
驱动电路所能提供的最大电流,关系到速度.
2014/01/15 12:38:12
34
SKY丶辉煌
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司令
哦,是一般IC里面的图腾柱结构么?
2014/01/15 15:51:27
35
denghq51
电源币:0 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:101
LV4
连长
IC内部的一般都比较小,如需更大的一般都是外加图腾吧
2014/01/15 17:28:08
38
SKY丶辉煌
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司令
SG3525和3843也要外加么一般?
2014/01/21 17:31:09
222
新月GG[版主]
拆机版纪念勋章 集齐最佳回答15个
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LV9
军长

电源输出功率大(小),所用的开关管所需的驱动功率就大(小),就需要(不需要)外加。

2014/01/21 18:24:12
225
SKY丶辉煌
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司令
哦。开关管的驱动功率怎么看啊?
2014/01/23 10:06:55
267
新月GG[版主]
拆机版纪念勋章 集齐最佳回答15个
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LV9
军长

器件资料里面有个输入电容Ciss或者输入电荷Qg,越大则所需驱动功率就越大。

2014/01/23 12:14:58
269
SKY丶辉煌
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LV10
司令
哦,谢谢谢谢,真是长知识了。
2014/01/23 12:20:22
270
SKY丶辉煌
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司令
这个输入电容的值应该有相关的公式吧
2014/01/27 10:05:09
295
pujiangxiaozi
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LV4
连长

MOS损耗也越大

2014/01/21 18:26:23
226
SKY丶辉煌
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司令

拿60N06来说,60A,60V

2014/02/26 14:11:55
333
zhaotongchao
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LV5
营长
看情况,一般不需要,除非你驱动需要的电流很大。比如大的ITB三极管
2014/01/14 22:54:27
16
SKY丶辉煌
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司令

1.2.4 半导体开关器件基本类型

NPN型晶体管比PNP型晶体管使用广泛的原因是价格低廉。

MOSFET为电压型控制

BJT为电流型控制

现代MOSFET在其导通和关断的转换过程中也需要有一定的门极电流。

BJT通常更适合于大电流装置,因为其导通压降是一常数,甚至在电流很大时也不变。这很大程度上降低了开关损耗,特别是开关频率不太高时效果更明显。MOSFET的导通压降与通过的电流成比例,当负载很大时其导通损耗就很大。

IGBT适合于较低频率,大电流装置,其驱动比BJT的要简单的很多。

2014/01/19 12:35:56
183
大虫子
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LV5
营长
MOS管在同样的情况下,N沟管的通态电阻比P沟道管要小。
2014/01/19 12:37:14
184
SKY丶辉煌
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LV10
司令

谢谢您的补充。长知识了!

它们的驱动方式也不一样

2014/01/19 12:38:57
187
大虫子
电源币:30 | 积分:0 主题帖:21 | 回复帖:78
LV5
营长
通态电阻小,耗损低,效率就高
2014/01/19 12:40:07
189
SKY丶辉煌
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司令
说实话,我都没用过P沟道的。
2014/01/19 12:38:05
186
SKY丶辉煌
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司令

现在使用最多的是N沟道的吧,最主要原因是什么?

是驱动方式的原因么?

2014/01/21 17:32:49
223
新月GG[版主]
拆机版纪念勋章 集齐最佳回答15个
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LV9
军长
是开关频率。N沟道是少子器件,开关速度快。
2014/01/21 18:23:16
224
SKY丶辉煌
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司令

哦,谢谢团长的指导。

2014/01/14 22:58:45
17
SKY丶辉煌
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司令

1.2.5 半导体开关器件并非理想器件

开关器件导通时会有虽小但不可忽略的正向导通压降,这将产生较大的导通损耗。

在转换时间或交叉时间内,无法使V=0或I=0,所以V*I不为零,这将导致额外的开关损耗,成为交叉损耗。

若有降低晶体管的正向导通压降以减小导通损耗,就可能造成开关转换速度变慢,从而增加损耗。

2014/01/14 23:05:56
19
SKY丶辉煌
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司令

无论在开关导通或关断时改变开关状态都会使得输入与输出有效隔开,但是输出端负载总是乣连续的能量供给。因此需在变换器一定位置引入储能元件。

电感能限制电流上升速度而没有功耗,电感与电容配合后最终可以限制电容的浪涌电流,因而电感成为我们最后的选择。

2014/01/14 23:15:19
20
SKY丶辉煌
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司令
续流二极管别名:钳位二极管,换流二极管,输出二极管。
2014/01/15 21:14:46
40
0rainday
电源币:38 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:16
LV2
班长
稳压,或者吸收电路用的才叫钳位二极管吧!难道我弄错了?
2014/01/15 22:10:41
41
SKY丶辉煌
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司令

拿BUCK为例,二极管导通时候,电感的一端被钳位到地电位,所以亦可以说成钳位。不知道我的理解对不对。

2014/01/16 13:57:28
82
冰上鸭子
电源币:195 | 积分:0 主题帖:49 | 回复帖:1158
LV10
司令
前卫到二极管的压降
2014/01/16 13:59:10
83
SKY丶辉煌
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LV10
司令
恩恩,对对,还是师长厉害,我吧二极管压降忽略掉了,谢谢
2014/01/19 12:37:52
185
大虫子
电源币:30 | 积分:0 主题帖:21 | 回复帖:78
LV5
营长
续流这名词太广泛了,基本只是二极管都能叫续流,除了稳压管
2014/01/19 12:39:12
188
SKY丶辉煌
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LV10
司令
恩,叫法不一样,更让人便于理解的就是好叫法。
2014/01/27 10:06:43
296
pujiangxiaozi
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LV4
连长
怎么会是钳位二极管呢,明显不对啊
2014/01/14 23:18:30
21
SKY丶辉煌
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司令

1.2.8 基于LC的开关调整器

谐振拓扑,这类拓扑的开关频率需调整,而设计者通常希望调整器频率能够恒定。

实际上,任何变频的开关拓扑都将产生难以预测的不同频率的电磁干扰和噪声。为减少这些危害,需要使用相当复杂的滤波器。因此,谐振拓扑在商用领域未能得到广泛应用。

2014/01/21 20:42:12
233
电源蜀人
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LV2
班长
我做的电源全是谐振,在某些领域,谐振电路 有比其他方式无法比拟的优点
2014/01/21 21:07:12
234
SKY丶辉煌
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LV10
司令
这么厉害,我现在还没搞明白什么叫LLC呢,您都搞N多了,可以加QQ不啊?
2014/01/21 21:23:17
235
yhtfeel
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LV7
旅长
这本书是哪年出版的,现在是什么年代了。
2014/01/21 23:06:58
251
SKY丶辉煌
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司令

有点跟不上潮流了。红色经典。

2014/02/21 10:48:23
308
FAEVICOR
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LV4
连长
知识有更新,有发展,有基本;基本原理理论有时不随时间的发展而有太多的变化,只能说发展!是吧。
2014/02/23 22:04:52
319
SKY丶辉煌
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司令
恩,基本原理是不变的,欧姆定律,经典
2014/01/24 15:02:47
292
418600900
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班长
有一个PC电源牌子叫做振华(SuperFlower),台湾人在东莞开的厂子,这个牌子专门用LLC,控制的IC都是自己定制的,产品特点就是效率特别高,80PLUS金牌认证的450W的电源,300元以下独此一家,台达什么的都没有这样的产品,所以这牌子刚冒出来的时候很受追捧;但是后来又遭到了某些要求很高的高端DIY玩家的嫌弃,具体原因不明,我猜想会不会是纹波之类啥的(毕竟电子产品对这个很敏感)
2014/01/14 23:23:34
22
SKY丶辉煌
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司令

1.2.9 寄生参数的影响

实际应用中电抗元件的温升可归因于其自身固有的低值寄生电阻的热损耗。

电感除了有基本参量电感L外,还有非零直流电阻(DCR),主要来源于绕组铜线。

类似,实际电容除含有基本参量电容C,也含有少量的等效串联电阻(ESR)。

器件的正向导通压降一定意义上也可看做串联寄生电阻产生的导通损耗。

2014/01/14 23:25:50
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SKY丶辉煌
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司令
为提高效率,通常应最大程度减小所有这些电阻性或电抗性寄生参数。他们是妨碍变换器达到100%效率的首要原因。当然,要保证其合理性和性价比。
2014/01/14 23:27:34
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SKY丶辉煌
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司令

正常工作条件下,电压控制开关调整器实际上市依靠输出电容寄生的等效串联电阻(esr)来将强环路稳定。

这句话什么意思,谁能给解释一下,谢谢!

2014/01/23 10:13:01
268
新月GG[版主]
拆机版纪念勋章 集齐最佳回答15个
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军长
考虑整个电源的开环增益时,最好考虑输出电容的ESR,否则计算误差太大,甚至计算结果不可取。
2014/01/14 23:29:01
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SKY丶辉煌
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司令
一定的寄生电感在开关导通瞬间起很好的作用,开关的寄生电容在开关关断瞬间是有益的。
2014/01/14 23:34:16
26
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司令

1.2.10 高频率开关时产生的问题

某些损耗随温度升高而增加,如MOSFET的导通损耗。

铝电解电容随温度升高损耗降低。因为其ESR随频率升高而减小。

2014/01/14 23:37:26
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SKY丶辉煌
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司令

选择高开关频率的首要原因仅是使变化器能在超过人的听觉范围的频率上工作。

另一原因是最大程度减小电源中器件的体积。电感尺寸与开关频率成反比。

限制频率提高的卫衣原因是开关损耗,开关损耗与开关频率精确成比例。

热管理是良好的电源设计最重要的目标之一。

2014/01/19 12:43:48
190
大虫子
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营长

铝电解电容随温度升高损耗降低。

其实不一定,铝电解温度升高,容量下降,输出纹波增大,效率也降低了

这就要看Resr降低多少

2014/01/19 12:45:47
191
SKY丶辉煌
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司令
还是你理解的透彻。但是它说的是只考虑电容损耗,综合损耗当然温度升高肯定是不一样了。
2014/01/21 21:27:32
236
yhtfeel
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旅长
铝电解是温度敏感器件,温度高了主要还是考虑到寿命吧!
2014/01/14 23:59:11
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司令

1.2.11 可靠性,使用寿命和热管理

热管理的含义是尽可能吸收电源散发到四周的热量,从而降低其温度。

可靠性按正弦指数衰减。

温度没升高10°C,失效率加倍。

铝电解电容的内部电解液会随时间而挥发,导致电容失效。

延长使用寿命与提高可靠性的方方是降低电源中元件的温度以及电源内部环境温度。这需要外壳痛风性好,在PCB上多装散热片,甚至内置风扇将热空气排出,当然,也要考虑风扇得失效率和使用寿命。

2014/01/15 00:02:12
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SKY丶辉煌
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司令

某些损耗会随温度的升高而减小,但是企图以提高温升来实现效率的提高和性能改善的想法是不可取的,因为温升会显著影响系统的稳定性。

一个优秀的设计师最终平衡考虑可靠性,使用寿命,成本,性能,尺寸等因素,做出合理的选择。

2014/01/15 00:04:45
30
SKY丶辉煌
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司令

1.2.13 技术进步

肖特基二极管它有很大的漏电流而且最大反向电压不超过100V,虽然导通压降低。

功率变换的三种主要拓扑BUCK,boost,buck-boost。

2014/01/15 00:15:15
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SKY丶辉煌
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司令

给大家留一个思考题一起探讨

在功率变换讨论中,人们总是很自然地注重于电压。那为什么不注重考虑电流呢?

2014/01/15 16:13:41
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denghq51
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连长
顶一个,SKY这话题讲得很详细,让我有种在学校听课的感觉
2014/01/15 17:27:19
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SKY丶辉煌
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司令
谢谢您的认同,共勉之
2014/01/15 22:16:42
42
SKY丶辉煌
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司令
电流源输出恒定电流,假如墙上有一输出为20A的电流源插座,有定义可知它可输出20A电流,它甚至能根据需要调整电压以保持输出电流。即使不接任何用电设备,它也会保持20A,所以生活中很少使用电流源。
2014/01/17 14:03:17
119
爱的旋律
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LV2
班长
因为管子的耐压有限 电压太高了很容易击穿 一般的电源的电流都不会太大 不会超过管子的电流
2014/01/17 18:39:48
121
SKY丶辉煌
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司令

哦,这样啊

2014/01/27 10:11:42
297
pujiangxiaozi
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连长
因为电流是由负载决定的,我们只需要把电压给负载,输出多少电流,看负载大小;负载大,输出的电流就会大,负载小,输出的电流自然变小。只要我们设计的电路能够输出足够大的电流就可以了。
2014/07/20 09:29:29
346
qq573600738
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LV3
排长
你好,刚看到“把电压给负载,输出多少电流,看负载大小;负载大,输出的电流就会大,负载小,输出的电流自然变小。”这个结论对吗?不是根据欧姆定律V=I*R,输出电压一定的情况下,负载大了电流就小吗?负载小了电流就大吗?
2014/07/21 11:34:26
348
SKY丶辉煌
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司令

结论是对的,欧姆定律也没有错,区别在于这里所谓的负载大,就是负载电流大的意思。您的理解也没有错~

2014/01/18 22:41:59
177
haver
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排长
buck,boost,buck-boost基础啊,可惜我还没透彻掌握
2014/01/18 23:00:33
178
SKY丶辉煌
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司令
是啊,因为正激,推挽,半桥都是BUCK变换的。
2014/01/18 23:01:01
179
SKY丶辉煌
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司令
用的最多的反激,就是buck-boost衍生出来的产物。
2014/01/18 23:01:27
180
SKY丶辉煌
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司令
他们的一些计算方法最大值啥的都是以BUCK来计算。
2014/01/15 11:07:40
33
jerome0117
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师长
**此帖已被管理员删除**
2014/01/15 17:29:31
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司令
团长也来了
2014/01/15 22:19:30
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司令

1.3.2电感电容充电/放电电路

对偶原理:电容可以视为电感的倒相(镜像),因为两者的电压-电流方程可以相互转换,只需将电压,电流互换即可。

对偶原理--是由电路元素间的对偶性归纳出的基本规律。内容为:如果某些电路元素决定的关系成立,则把这些电路元素用各自的对偶元素置换后得到的新关系亦必成立,而且这新关系与已有的关系又相互对偶。

 

2014/01/15 22:20:46
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司令
电感感应电压依赖于电流的改变,电流必须改变才能产生感应电压。
2014/01/15 22:24:52
45
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司令

1.3.5 串联电阻对时间常数的影响

电感充电电路时间t=L/R.电容为t=R*C.

时间常数定义为电流达到期望值63%所需的时间。

指数衰减曲线的时间常数定义为其值将为初始值37%时所用时间。

开关关断阶段电感电压完全由电流决定,电压波形完全遵循电流波形而非其他因素。

2014/01/15 22:26:47
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司令

1.3.7 对偶原理

对偶原理描述两个外观不同电路之间的转换,当电流和电压相互影响时这两个电路具有相同特性。对偶转换仅适用于平面电路,涉及拓扑中元素变换:电容与电感互换,电阻与导纳互换,电压源与电流源互换。

2014/01/15 22:27:38
47
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司令

V=L*di/dt(电感方程)

I=C*dv/dt(电容方程)

2014/01/15 22:29:24
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1.3.9 电感放电阶段

电容两端短接时电容会在短时间内放完电,产生很大的冲击电流,其两端电压也迅速降为零。

若使电感电流迅速降为零,会在电感上产生很高的感应电压。

2014/01/15 22:31:26
49
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司令
突然断开电感,电感电流迅速下降,在开关两触点间产生电弧,这儿电弧一直持续到电感中储能为零,这是汽车火花塞和相机闪光灯的原理。开关两触电间电压等于感应电压与外加直流电压之和。
2014/01/15 22:34:53
50
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司令

1.3.10 反馈能量和续流电流

电感储能和其流过电流有关,开关关断期间有感应电压和电流,感应电压引起感应电流逐步下降,感应电压越高,电流下降越快。V=L*di/dt。

2014/01/15 22:37:08
51
SKY丶辉煌
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司令

DCM-断续模式,在DCM中电流波形有一段为零,计算平均电流需要更详细的计算公式,这是DCM方程看上去如此复杂的根本原因。尽管变换器工作于DCM比CCM有更多优点,但是很多工程师仍然有意忽略DCM。

CCM连续模式

BCM临界连续模式,变换器不能设定其工作频率。

2014/02/14 17:15:02
304
550303945
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连长

支持,顶一下。

2014/02/23 22:01:45
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司令
谢谢你。
2014/01/15 22:39:12
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SKY丶辉煌
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司令
MOSFET的导通压降远低于二极管的压降。同步拓扑不需要分析复杂的DCM方程。
2014/01/15 22:41:42
53
SKY丶辉煌
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司令

1.3.14 伏秒法则,电感复位和变换器占空比

稳定状态下加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感电压乘以关断时间。

2014/01/15 22:44:10
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SKY丶辉煌
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司令
P27,书中谈论Et那段,原文“Et为电感电压乘以时间以ms(微秒)而非s秒为单位的时间量”,单位ms(毫秒)应该是编写错了,有点误差,有这本书的朋友可以帮忙验证一下。
2014/08/24 22:19:11
352
Temo
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营长
是写错了。
2014/01/15 22:47:47
55
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司令

1.3.15 半导体开关的使用及保护

半导体器件的最大额定电流取决于内部相对较慢的发热效应。因此,可以在短时间内一定程度上超过此额定电流。

设计变换电路,选择开关器件,然后PCB,特别注意危害开关器件及其他半导体器件的电压尖峰,有时需要缓冲电路。常用限流电路防止开关盒变换器过流。

3843的3脚就有这个功能吧?限流电阻。门限1V

2014/01/15 22:49:34
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司令

1.4 通过二极管控制感应电压尖峰

产生电感电压尖峰的原因是电路中无法提供电感电流所需回路,从而在开关上产生电弧以维持电流续流。

2014/01/15 22:50:58
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SKY丶辉煌
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司令
输出电容会增加开关关断时期电感电压Voff,从而增加电感电流下降斜率。
2014/01/15 22:53:17
58
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司令

1.4.6 开关节点

在开关器件与二极管之间设置的电感电流换流节点成为开关节点。

设计PCB时需特别注意防止在开关节点处布过多的铜丝,否则它可能成为电磁场天线,向四周辐射射频干扰,输出导线会吸收此干扰并直接传递到输出。

2014/01/15 22:57:53
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SKY丶辉煌
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司令

1.4.8 buck-boos电路的性质

是唯一的纯“反激式”拓扑,从输入传递到输出的所有能量必须先储存于电感中,其他电路都不具有此特性。

任何变换器中二极管电流都为脉动电流。

发热损耗与电流RMS值成比例,脉动电流RMS值很大,降低了BUCK-BOOST电路的效率。同时会在PCB上产生相当大的噪声和纹波,需要在输入和输出端安装滤波器。

输出电容平均电流一直为零,稳定工作时流过电容的电流必须为零。对偶原理,和电感类似

2014/01/15 22:59:54
60
SKY丶辉煌
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司令
基本设计理论表明电感电流峰值约为其平均值的1.2倍,因此选择电感式要确保其额定电流值至少为1.2*IL
2014/01/15 23:11:20
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SKY丶辉煌
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司令

读到这里,有些思考需要大家一起来解决,希望各路神仙来指点迷津

 

BUCK调整器能否用来将15V输入转换为14.5V输出??

2014/01/16 10:59:47
67
冰上鸭子
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司令

理论上可以 但实际做不到,

2014/01/16 12:55:08
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司令
有哪些损耗需要考虑在内呢?或者说寄生参数,越全越好,分享给大家学习。
2014/01/16 14:07:25
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冰上鸭子
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司令

就是主回路上的器件啊。首先是续流二极管,MOS的导通压降,还有你需要检测电流回路的(电阻或互感器),电感的损耗,

要是我直接串个二极管其他的不够直接

2014/01/16 14:12:55
90
冰上鸭子
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司令

还有就是占空比是个最大的问题

2014/01/16 14:40:20
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司令

恩,开关管导通压降,正如LDO一样,也有最小的压差。

二极管也有导通压降。

最大占空比是个问题,14.5/15=97%,这么高的占空比IC很少,还有97是理论值,实际还要相对高。

 

2014/01/16 08:40:49
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静海听风
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连长
学弟 真厉害
2014/01/16 09:25:28
63
电源网-源源
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司令
帖子好火 忍不住一顶再顶  哈哈哈哈哈
2014/01/16 12:57:34
72
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司令
谢谢源源的大力支持,祝你越来越漂亮
2014/01/16 12:56:39
71
SKY丶辉煌
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司令

学习中遇到了困难还是需要你们帮忙解决的,你们大家就是我的老师。

2014/01/16 13:34:55
81
静海听风
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连长
加关注了
2014/01/16 09:35:01
64
haver
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想法不错,我刚找到这本书,一起学习讨论哈
2014/01/16 12:58:22
73
SKY丶辉煌
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司令
好啊,我们大家一起去学习,每天学一点,都是一个进步。
2014/11/20 21:47:24
359
广东工业大学
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士兵
在哪找到的这本书,发给我一分呗。谢谢哦。403725024@qq.com。
2014/01/16 09:41:50
65
haver
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能不能搞个qq群,专门讨论一下这本书,一起学习应该更好一些
2014/01/16 10:30:54
66
daichao
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连长
学习 ~~~~
2014/01/16 12:59:49
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司令
共勉之
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司令

正有此意,不如你建个群,我参加。

2014/01/18 20:24:05
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haver
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我是一直小菜鸟啊,正好有个电源的活,我就顺便学习一下,水平几乎为o
2014/01/18 22:36:12
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司令
哈哈,我也是菜鸟,但是总有一天,我会飞翔在浩瀚蓝天中
2014/01/16 11:43:22
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fjshenyuan
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好好呀,竟然有开关电源培训班
2014/01/16 13:01:30
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司令
培训班可万不敢当,我只是把书上的一些资料,我认为比较重要的一些知识和理论呈现出来给大家,希望我们可以一起讨论哪些观点,为什么是这样,这是本意。一起学习!
2014/01/16 11:46:39
69
fjshenyuan
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排长
兄弟可不可以给个培训PPT呀,或者你的变压器设计方案流程。邮箱,215815070@qq.com
2014/01/16 13:03:08
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司令
培训PPT?这个估计没有,我这只有一本教材,电子版是PDF的,复制不了啊,还需要下PDF转WORD的软件,但是需要收费。学生时代,生活费是很少的。
2014/01/16 14:11:30
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fjshenyuan
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排长
哈哈!期待中......
2014/01/19 23:30:14
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大虫子
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营长
用这个Adobe Reader XI软件,可以复制
2014/01/19 23:31:48
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司令
哦,谢谢啊。
2014/01/19 23:42:19
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司令
兄弟,复制的只是图片?
2014/02/21 10:53:28
309
FAEVICOR
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连长
很好 有经济头脑 创业吧
2014/02/23 22:05:45
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司令
先学习吧
2014/02/24 15:43:09
328
FAEVICOR
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连长
好的 积累经验
2014/01/16 13:03:50
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司令
至于变压器的设计方案,我会在陆续的学习中慢慢总结,每一个拓扑的方案。也希望大家一起讨论优缺点。
2014/01/16 13:22:42
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benfei
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士兵
**此帖已被管理员删除**
2014/01/16 13:27:05
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司令
兄弟,估计你找错人了。
2014/02/21 10:57:29
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FAEVICOR
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连长
经过几年的努力就有这个能力了,继续努力吧!
2014/02/23 22:06:28
321
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司令
恩恩,感谢你看了这么长的长篇大论。
2014/01/16 14:01:43
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司令

第一章就到此结束了,第二章开始了

欢迎关注第二章

  DC-DC变换器设计与磁学基础

2014/01/22 22:26:53
252
夜幕微凉
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班长

兄弟总结的很好阿 继续加油 我同你一样在学习中

2014/01/22 22:29:41
253
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司令
恩,一起学习,共勉
2014/01/16 14:06:22
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司令

开关电源的磁性元件设计/选择除了对变换器的整体性能和体积起决定性作用外,还影响到其他想关功率器件的选额和价格。

对于离线式电源设计,除了使用电感之外,不可避免的采用一个隔离变压器。

变压器的高频效应:集肤效应好邻近效应。

我们经常以最恶劣情况来选择功率器件,以保证它们能在应用中安全运行。

设计具有一定功能的开关变换器是不难的,但是要把它设计的性能良好却不是一件容易的事。

2014/01/16 14:10:12
87
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司令

 

2014/01/16 14:12:37
89
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司令

D=Vff/(Von+Voff)这个公式,对所有拓扑,占空比都是相等的。

Von代表开关导通时电感电压

Voff代表开关关断时电压

BUCK,BOOST,buck-boost的传递函数之所以不同,是因为他们的Von和Voff的表达式不同。

表达式见上表,我拿EXCEL弄得,不清楚地方大家见谅。

2014/01/16 14:16:21
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司令

2.2电感电流波形的直流分量和交流纹波

V=L*di/dt可得▲I=V*▲t/L.

电感电流的纹波值▲I完全取决于伏秒数和电感量。讨论它的伏秒数和讨论它的▲I是等效的。

2014/01/16 14:18:01
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司令

伏秒数有什么决定的?

取决于输入/输出电压和开关频率。

只有通过改变L,f或者D才可改变▲I,没有其他方法可以改变电感电流纹波。

2014/01/16 14:19:46
93
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司令

Idc成为电感电流的均值,定义为纹波电流对称轴处的电流值。

Idc仅决定于传输能量--即维持相应的输入/输出电压和输出功率所需的平均能量。

 

改变电感L不会影响到Idc

改变频率f也不会影响到Idc

对于BOOST和BUCK-BOOST变换器,改变占空比D会影响Idc。

2014/01/16 14:23:36
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SKY丶辉煌
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司令

Idc=Io(buck)

Idc=Io/(1-D) (Boost.buck-boost)

2014/01/16 14:25:26
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SKY丶辉煌
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司令

对于buck变换器,其输出和滤波电感串联,因此滤波电感的平均电流必须等于负载电流。然而,对于BOOST和BUCK-BOOST变换器,输出与二极管串联,所以二极管的平均电流等于负载电流。

前文提到,所有二极管的电流都是脉动的。

改变BUCK电流滤波电感平均电流IDC的唯一方法就是改变负载电流。但是,在BOOST和BUCK-Boost电路中,Idc还取决于占空比。这就导致这两种拓扑的磁性元件设计和Buck有很大的不同。

2014/01/16 14:34:00
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SKY丶辉煌
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司令

对于这三种变换器,滤波电感电流的直流分量和负载电流均成正比。

对于这三种拓扑,改变占空比D均改变电压的作用时间,进而改变伏秒数,所以改变占空比将使他们的电感中的纹波电压改变。

总结:对BOOST和buck-boost电路,改变占空比会影响Idc(书中这里貌似有点错了,他的原文是“对BOOST和BOOST-BUCK电路”)

对所有的拓扑,改变占空比都会影响电感电流纹波▲I。

2014/01/16 14:43:04
98
SKY丶辉煌
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司令

增加电感值和增大开关频率都会使电感电流纹波减小。且不影响Idc

 

2014/01/16 15:02:05
99
SKY丶辉煌
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司令
问题:怎样区别某拓扑是否为“BUCK衍生电路”?
2014/01/16 23:21:29
110
SKY丶辉煌
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司令
输出电路有LC滤波器,是这个原因么?
2014/02/21 11:02:04
311
FAEVICOR
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LV4
连长
还要看开关方式和能量的传递方式。
2014/01/16 17:38:57
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司令

2.3 交流电流,直流电流和峰值电流的确定

r称为电流纹波率,通常,不论是何种拓扑,也不论变换器的开关频率及其应用条件如何,r取0.3-0.5之间的值是比较合适的。设计变换器时首先要确定r。

磁芯损耗仅仅由电感的交流电流▲I决定,而与其直流电流Idc无关。

所有变换器中,电感峰值电流,开关峰值电流,二极管峰值电流都是相同的。

峰值电流是电感电流最重要的电流量,不仅是热量和能量,还是能够瞬时破坏开关的潜在因素。

电感电流太大,磁芯容易饱和,会哟很大的电流产生。

峰值电感电流是电感电流波形中最容易使磁芯饱和的电流值。

2014/01/16 23:00:47
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司令

2.4 认识交流电流,直流电流和峰值电流

对于buck电流,因为在开关管导通和关断都有能量通过电感传递到输出端,因此电感的平均电流必须一直和负载电流相等。

Boost和BUCK-BOOST电路中,能量尽在开关管关断时通过二极管传递到输出端,因此,二极管的平均电流必须和负载电流相等。

2014/01/16 23:03:17
102
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司令

2.5 最“恶劣”输入电压的确定

是峰值电流达到最大的输入电压为最恶劣输入电压。

占空比D宽相当于低输入电压。

 

2014/01/16 23:04:13
103
SKY丶辉煌
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司令

对于BUCK电路

buck电流中滤波电感的交流电流随着输入电压的增加而增加。

峰值电流也随着输入电压的增加而增加

要在最大输入电压Vinmax下来设计BUCK电路

2014/01/16 23:05:34
104
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司令

对于BUCK-BOOST

电感的直流电流随输入电压的增加而减小

要最小输入电压Vinmin下设计BUCK-boost电路

2014/01/16 23:06:08
105
SKY丶辉煌
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司令
boost电路在最下输入电压Vinmin下设计BOOST电路。
2014/01/16 23:10:18
106
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司令

2.6 电流纹波率r

电流纹波率r,它是电感电流的交流分量与其相应的直流分量的比值。即r=▲I/IL

r的有效范围为0-2,r等于0,电感量无穷大,r=2,变换器工作在临界连续模式(BCM)

对于任何场合,r取0.3-0.5为合适的,最好选0.4

电感磁芯的能量处理能力与电感值和峰值电流的平方成正比

2014/05/18 10:15:24
337
wx9king
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班长
要使变换器工作在断续模式r怎么取呢?
2014/01/16 23:13:19
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司令

2.10 频率对电感量和电感体积的影响

电感量与频率成反比

电感的体积与变换器频率成反比

电感额定电流与频率无关。

电感量与负载电流成反比

电感的体积与负载电流成正比。

2014/01/16 23:18:48
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司令

2.13 在给定应用中我们需哟考虑哪些电感电流额定值

所有电流限制回路都需要一定时间响应,比较器,运算放大器,电平转移电路,驱动电路等IC引脚驱动都有延迟

如果用内部集成开关管的IC控制器,PCB寄生电感将抑制电流的突然变化

开关管需要一定的时间来完成关断,大功率MOSFET有很大的栅极寄生电阻和寄生电感以及极间电容,需要充放电。

若把若干个MOSFET并联,在大电流场合,问题会更严重。

 

2014/01/16 23:20:06
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司令
电流限制的最大值常用来决定电感的体积。
2014/01/16 23:26:31
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司令

2.15 实际例子

以boost变换器为例,若输入电压12-15V,输出电压24V,最大负载电流2A,开关管频率分别为100khz,200khz,1mhz,那么在每种情况下,它最适合的电感量分别是多少?各种情况的峰值电流分别是多大?能量处理的要求是什么?

有没有大侠可以谈谈自己的想法啊,长辈们都不关心我们这帮小辈了。

2014/01/17 09:17:16
112
daichao
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连长
小辈来顶你 哈哈哈哈
2014/01/17 10:31:54
113
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司令
前辈
2014/01/17 10:48:21
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司令

首先需要考虑的是,对于此拓扑(BOOST,包括BUCK-BOOST变换器),输入电压最小时是其最恶劣的情况,因为此时占空比最大,并且平均电流IL=Io/(1-D)最大,所以设计中,完全不用考虑Vinmax。

占空比D=(Vo-Vin)/Vo=(24-12)/24=0.5

IL=Io/(1-D)=2/(1-D)=4A

假设电流纹波率为0.4,则Ipk=IL(1+r/2)=4*(1+0.4/2)=4.8A

峰值电流不收开关频率的影响,选额定值为4.8A的电感即可,不用考虑频率。但是,电感体积随频率变化而变化,因为体积是1/2*L*Ipk*Ipk,电感量随频率变化而变化。

选定r之后,对于BOOST电路有Von=Voff,因此开关频率为100KHZ时候,L=Von*D/(r*IL*f)=12*0.5/(0.4*4*100*1000)=37.5uH

当f=200Khz时,得到的结果是改值的一般,即18.75uH

当f=1MHZ时,得到的电感量为3.75uH.

因此可知,频率越高电感量越小。

 

2014/01/17 12:45:04
115
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司令

这是我们在学理论的同时,做的一个buck变换器,输入DC12,输出5V,1A。负载调整率和电压调整率都接近零。

2014/02/24 15:30:17
326
函数17
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班长
团长你好,我想做一个与你一样的电路,但是我基础不好,我现在想把实践先搞一个出来,你能把你这些实物的原理图与PCB发我一份可以吗 429346569@qq.com 谢谢
2014/01/17 12:46:47
116
SKY丶辉煌
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司令

 

BOOST升压电路,输入DC9-15V,输出DC18V。

2014/01/17 12:49:59
117
SKY丶辉煌
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司令

buck-boost变换器,输入DC9-15V,输出12V。反极性变换器,输入输出反向。

 

2014/01/20 12:34:03
206
pigeon
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排长

高频变压器是自己绕的吗?

 

2014/01/20 15:26:49
207
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司令
是的,但是没浸漆,没铜皮
2014/01/17 12:53:03
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司令

正弦波推挽逆变,输入DC10-14V,输出36VAC,1A。

做的比较小,因为学习原因,只是了解一下原理和工作过程,没有做大功率的。

但是也遇到了很多的困难。

还剩下点问题没有解决,负载加重的时候,变压器会响。同时,输出电压也会下降1V多。

2014/01/17 14:07:15
120
爱的旋律
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班长
占空比加大点
2014/01/17 18:40:36
122
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司令
怎么加大?
2014/01/24 14:27:21
287
Yang小鱼
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