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请教一个基本的理论问题!

请教一个基本的理论问题!
下面的问题针对BUCK电路而言,其实对于所有的PWM电路也是一样的,看起来比较简单,但我思考了几天也不能找到一个合适而又满意的答案,特向各位前辈与同行请教:
1.我们知道,在轻载时占空比D较窄,而在重载时占空比会变宽.我们还可以从一些理论书籍上看到,输出电压就是输入电压与占空比D之积.那么,在输入电压不变的情况下,这是不是意味着轻载时的输出电压会低而在重载时的输出电压会高呢?这样与稳压目标不是矛盾了吗?
2.输出端的假负载到底是起什么作用的?从所有的理论分析过程看,输出电压跟这个假负载没有关系啊,但是从一些实践经验看,这个假负载还非加不可,不然输出电压会出现瞬间高压.能不能结合拓扑分析一下它的作用?
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wolong
LV.2
2
2003-11-26 06:11
Current mode regulation
Acutally, current mode regulation is more popular. And also, you are talking about open-loop system but in reality, the system is close-loop.
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yhy1224
LV.6
3
2003-11-26 08:03
电压没变!是功率变了,
假负载是用于改善环路的动态,
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呆头鹅
LV.7
4
2003-11-26 13:25
理论没错,注意应用条件
空载,轻载时,电感电流不连续,所以,占空比会变化,连续后,(理想状态)占空比不变
很多控制芯片,占空比不能为0,没有加负载,电感电流为0,电容电压迟早会和输入电压一样
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yakyao
LV.2
5
2003-11-26 14:25
应该是理想器件与实际器件的区别
小弟就是做buck电路的,最近还设计了一个多相工作的buck芯片,效果还可以,希望能跟大家讨论讨论
理论书籍上占空比的描述应该是没有错的,因为如果考虑理想器件的话,占空比就是输出电压与输入电压的比.但是实际中电感有寄生电阻,功率管有导通电阻,如果考虑这些因素,则占空比确实与负载电流有关系.
鹅兄的说法,我觉得是误解了斜阳的意思,他说得应该就是连续工作模式的,不连续工作模式显然占空比与连续是不一样,这在理论书籍里应该都会提到的.
实际中轻负载与重负载交替工作的话,对于芯片设计是比较麻烦的.重负载一般采用PWM模式会效率高一些,轻负载采用PFM或者叫做stand_by较好一些.不过这要分不同场合了,比如兄弟做的PC主板上的CPU电源,就直接采用PWM模式,虽然负载也是在轻负载和重负载之间切换,原因是PC的电源由ATX电源供给.而在笔记本电脑中,就需要PWM和PFM综合在一起,原因当然是因为电池供电,效率是第一考虑了.
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bullwd
LV.3
6
2003-11-26 17:35
可以如下解释.
理论分析中,忽略了电路中的压降或者损耗,故占空比与负载无关,实际上由于线路的压降及其损耗.d与负载时有关的,故需要闭环来稳压.
由于DCM与CCM时,主电路的增益不通,因此很难同时保证用相同的闭环参数,保证DCM及CCM都稳定,故经常需要死负载.
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2003-11-26 21:34
假设这个变换器一直工作于断续模式呢?
比如我们常做的FLY-BACK,设计成断续模式的很多!
那么分别在轻载比如10%及重载90%两种情形下,输出电压的计算公式应该就是一样的啊!

还是不明白,请继续指教!
不过,感觉还是闭环与开环的理论较能解释得通这一点!

另,peter的意思我也明白,你讲的是在理想情况下,所有的开关管、电感、电容都要线性化与小信号化,这样才能利用电感伏秒平衡及电容充电平衡来推导出这些公式了!
可问题就在于,在公式的推导过程中,与负载有关的变量都约去了,那么从推出的公式看,输出电压就与负载无关了!
当然在推导的过程中,负载这个量是存在的,但是在这个过程中又能约掉了啊!
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yakyao
LV.2
8
2003-11-26 21:42
@bullwd
可以如下解释.理论分析中,忽略了电路中的压降或者损耗,故占空比与负载无关,实际上由于线路的压降及其损耗.d与负载时有关的,故需要闭环来稳压.由于DCM与CCM时,主电路的增益不通,因此很难同时保证用相同的闭环参数,保证DCM及CCM都稳定,故经常需要死负载.
闭环
好像不是因为d与负载有关,所以才需要闭环稳定.实际上更多的是因为输入电压和基准电压,才需要闭环
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bullwd
LV.3
9
2003-11-28 10:58
@斜阳古道
假设这个变换器一直工作于断续模式呢?比如我们常做的FLY-BACK,设计成断续模式的很多!那么分别在轻载比如10%及重载90%两种情形下,输出电压的计算公式应该就是一样的啊!还是不明白,请继续指教!不过,感觉还是闭环与开环的理论较能解释得通这一点!另,peter的意思我也明白,你讲的是在理想情况下,所有的开关管、电感、电容都要线性化与小信号化,这样才能利用电感伏秒平衡及电容充电平衡来推导出这些公式了!可问题就在于,在公式的推导过程中,与负载有关的变量都约去了,那么从推出的公式看,输出电压就与负载无关了!当然在推导的过程中,负载这个量是存在的,但是在这个过程中又能约掉了啊!
并非如此
伏秒平衡的前提是稳态,稳态谈的是直流,故不需小信号.小信号是在线性化时作的工作.我说的是:由于负载的改变,导致加在理想变压器上的输入电压,加在输出滤波电感的电压必须要考虑线路的压降.所以,D会改变.
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2003-11-30 23:33
@bullwd
并非如此伏秒平衡的前提是稳态,稳态谈的是直流,故不需小信号.小信号是在线性化时作的工作.我说的是:由于负载的改变,导致加在理想变压器上的输入电压,加在输出滤波电感的电压必须要考虑线路的压降.所以,D会改变.
赞同你的说法!
因为在理想情况下,并没有考虑变压器的绕组阻抗.
实际工作中这些分布参数是存在的,故负载越大就越明显了.

那么对输出的假负载,各位谈得还较少,我认为,在分析拓扑的时候我们都考虑了输出负载电阻的存在,如果没有电阻,主要是上电时电路系统可能无法正常工作,这个时候至少没有输出电流,好多东西无法分析了.
所以,我的看法是,这个假负载是在上电瞬间才工作的,它产生了一个输出电流,这样才使环路稳定.
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zero_lee
LV.5
11
2004-01-29 10:02
能不能這樣來解釋
重載時電源的輸出電壓一般都會下掉,爲了防止這種現象發生,於是引入反饋使PWM的增大D來增大輸出,補償掉因重載而下掉的部分.
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allin
LV.5
12
2004-01-29 10:55
连续和不连续的输出电压和输入电压的关系式不一样!
你所说的是在连续的工作模式下所得到的公式!
至于不连续的公式比较复杂,输出电压与输入电压的关系式与占空比,负载,电感值等有关系,改变电感或者负载都能使临界点的改变!推荐看几本这方面的书籍,相信会有帮助!
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2004-02-15 19:33
@allin
连续和不连续的输出电压和输入电压的关系式不一样!你所说的是在连续的工作模式下所得到的公式!至于不连续的公式比较复杂,输出电压与输入电压的关系式与占空比,负载,电感值等有关系,改变电感或者负载都能使临界点的改变!推荐看几本这方面的书籍,相信会有帮助!
呵呵,尽信公式还不如不要公式!
这个问题,我认为还是Fundamental of power electronics这本书讲得稍微透彻一点,电源是一个典型的闭环系统,所有的公式都只是在理想情况下的情形,随着负载的变化,如果这时是一个开环系统的话,输出电压会发生跌落(主要是由于电感阻抗及其他的寄生因素),但这时系统是闭环的,所以能够通过调节占空比使输出电压与参考电压及比例关系.
至于假电阻,应该是有两个方面的作用:形成一个闭环系统;使输出产生一个一定大小的输出电流.
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zhouxiaoyi
LV.5
14
2008-05-29 23:00
@斜阳古道
呵呵,尽信公式还不如不要公式!这个问题,我认为还是Fundamentalofpowerelectronics这本书讲得稍微透彻一点,电源是一个典型的闭环系统,所有的公式都只是在理想情况下的情形,随着负载的变化,如果这时是一个开环系统的话,输出电压会发生跌落(主要是由于电感阻抗及其他的寄生因素),但这时系统是闭环的,所以能够通过调节占空比使输出电压与参考电压及比例关系.至于假电阻,应该是有两个方面的作用:形成一个闭环系统;使输出产生一个一定大小的输出电流.
第一个问题大家都讨论成熟了,不免探讨的太深了,其实只是线路压降导致而已.
第二个问题死负载一般只是开机时才用,一般为了使得电路工作在CCM模式下让环路正常工作,防止起机振荡.
仅个人理解,如有看法请知会
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zlx305
LV.4
15
2008-09-20 13:45
@斜阳古道
呵呵,尽信公式还不如不要公式!这个问题,我认为还是Fundamentalofpowerelectronics这本书讲得稍微透彻一点,电源是一个典型的闭环系统,所有的公式都只是在理想情况下的情形,随着负载的变化,如果这时是一个开环系统的话,输出电压会发生跌落(主要是由于电感阻抗及其他的寄生因素),但这时系统是闭环的,所以能够通过调节占空比使输出电压与参考电压及比例关系.至于假电阻,应该是有两个方面的作用:形成一个闭环系统;使输出产生一个一定大小的输出电流.
哈哈,你进入一个误区了,在断续模式下VO不等于VIN*D,能量在很短时间内就释放完了,所以导通时间也就短了.在连续模式下V0,VIN不变的情况下,加大负载占空比只有微小的变化
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zlx305
LV.4
16
2008-09-20 13:54
@zlx305
哈哈,你进入一个误区了,在断续模式下VO不等于VIN*D,能量在很短时间内就释放完了,所以导通时间也就短了.在连续模式下V0,VIN不变的情况下,加大负载占空比只有微小的变化
假负载是在什么情况下加的:当开关频率比较高的时候,开关管导通时间不能很小(整个回路的响应很慢).如果是空载跳频(开关频率降低),就没有必要加假负载了
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zlx305
LV.4
17
2008-09-20 13:59
@zlx305
假负载是在什么情况下加的:当开关频率比较高的时候,开关管导通时间不能很小(整个回路的响应很慢).如果是空载跳频(开关频率降低),就没有必要加假负载了
还有断续的情况下同样满足伏秒平衡.
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sunguoying
LV.4
18
2008-09-20 14:46
@zlx305
还有断续的情况下同样满足伏秒平衡.
呵呵,楼上ZLX305的哥们分析的不错哦!
   当空载或轻载时,FB就会变的很小,从而开通时间Ton也会变的很小.这时若没有假负载会发生什么情况呢?此时,必然会让占空比等于0,也就是说不输出驱动,然后等到电压降低时,FB再次升高,又有驱动从而使电压升高.
    可以看到,空载时的电压调整是通过驱动的有无来实现的,这样的话,如果响应速度不够快的话,很容易过冲.而我们加上假负载后,能量有一定的泻放途径,电压不至于升的太快,可以为调整驱动赢得稍微长一点的时间.
  可以探讨!
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river-2008
LV.4
19
2008-09-22 00:22
@sunguoying
呵呵,楼上ZLX305的哥们分析的不错哦!  当空载或轻载时,FB就会变的很小,从而开通时间Ton也会变的很小.这时若没有假负载会发生什么情况呢?此时,必然会让占空比等于0,也就是说不输出驱动,然后等到电压降低时,FB再次升高,又有驱动从而使电压升高.    可以看到,空载时的电压调整是通过驱动的有无来实现的,这样的话,如果响应速度不够快的话,很容易过冲.而我们加上假负载后,能量有一定的泻放途径,电压不至于升的太快,可以为调整驱动赢得稍微长一点的时间.  可以探讨!
ding!
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ghost25
LV.4
20
2010-03-06 23:05
我们还可以从一些理论书籍上看到,输出电压就是输入电压与占空比D之积

连续模式下的公式
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sbxksb
LV.4
21
2010-03-07 17:58
l理论上是这么回事,但实际上重载时比轻载电流大,实际上电路上(导线,二极管)产生的压降也大,故要增加脉宽来提高输出电压以补偿电路上的损耗。
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lvyuanpu
LV.5
22
2010-03-09 21:11
@zlx305
哈哈,你进入一个误区了,在断续模式下VO不等于VIN*D,能量在很短时间内就释放完了,所以导通时间也就短了.在连续模式下V0,VIN不变的情况下,加大负载占空比只有微小的变化

支持,好像就是这样的吧

没有这么高深,只有在连续模式下那个式子才成立的啊

断续的模式下就不成立了。。。

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t.q.c
LV.2
23
2010-03-11 09:45
第一个问题,分两种情况,DCM和CCM,在DCM情况下所提的表达式不在适用,而还能成立的是伏秒值相等;CCM情况,可以用示波器看一下,电流峰值实际上在减小,但斜坡的幅度仍保持不变.根本情况是,表征次级输出功率的是平均电流,这跟你看到的情况保持一致.

第二个问题,同意鹅兄.一方面有些IC本身不能占空比为零,另外就是即便占空比可以为零,但本身耗电比较大.前一种好理解,鹅兄已解释.后一种,如果有过冲情况发生(开关电源本身就是一惯性系统),IC被长期闭锁,供电不足,造成反复起动.加一假负载就是增加系统的阻尼,以保持系统稳定.
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t.q.c
LV.2
24
2010-03-11 09:54
@斜阳古道
假设这个变换器一直工作于断续模式呢?比如我们常做的FLY-BACK,设计成断续模式的很多!那么分别在轻载比如10%及重载90%两种情形下,输出电压的计算公式应该就是一样的啊!还是不明白,请继续指教!不过,感觉还是闭环与开环的理论较能解释得通这一点!另,peter的意思我也明白,你讲的是在理想情况下,所有的开关管、电感、电容都要线性化与小信号化,这样才能利用电感伏秒平衡及电容充电平衡来推导出这些公式了!可问题就在于,在公式的推导过程中,与负载有关的变量都约去了,那么从推出的公式看,输出电压就与负载无关了!当然在推导的过程中,负载这个量是存在的,但是在这个过程中又能约掉了啊!
老大,看看你的公式,那本来就是在连续模式下伏秒值相等才推导出来的呀.认为所有开关为理想开关,则有(Vin-Vout)*Ton=Vout*Toff,将Toff用Ts-Ton代,得到的就是Vout=Vin*D.断续模式下,上面写的第一个等式也就是伏秒值相等才成立.请记住公式成立的条件,断续模式下,是得不到Toff=Ts-Ton的.
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