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switching power supply design 读书笔记

  • 2011-05-26 16:30
  • amonson

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  • 深入学习这本书,把笔记写出来和大家分享,如果有什么地方理解不到位请大家指正,多谢。下面进入正题。

    这本书第一章开篇讲的是开关电源的祖先--线性调整器。电路结构如下:

     

    可以看出此结构比经典buck电路仅仅少了一个电感,一个电容和一个续流二极管,在开关电源发明之前一直用这种电源,今天在某些低纹波低音频噪声的应用环境仍然在使用这种电源。实际应用中,78、79系列还有lm317是经常使用的。使用此类电源有两个限制条件:最小压降和最小交流纹波。

     

    对于NPN管的应用场景,最低压降要求就是运放的最高输出电压减去BE饱和压降(通常为0.7V),运放的内部结构图如下:

     

    运放的最高输出电压Vo即为输入电压Vcc减去Q17和Q18的BE饱和压降,通常在1.5V-2V之间,一般来说Vcc越低压降越低。由此我们可以得到线性调整器的最低压差,最低不能小于2.2V,输入电压提高最低压差也需要随之提高,另外考虑到温度的影响,所以器件资料通常推荐最低压差为2.5V。

    对于PNP管的应用场景,最低压降就是输入电压减去EB饱和压降(通常为0.7V)再减去运放的最低输出电压(0V)。因此最低压差就是0.7V,当然也需要考虑温度的影响,通常考虑最低压差为1V。

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • amonson

    LV.1

    2011-05-26 17:14

    @

    继续。。。线性调整器的最小交流纹波要求即为运放的输入最小压差要求,通常介于7-10mV,所以如果输入电压的交流纹波小于10mV,那么线性调整器就可以无法工作了。这种电源的效率很低,于是开关电源应运而生。

    开关电源基本拓扑:Buck, Boost, Buck-Boost, Push-Pull, Forword, Flyback, Half-Bridge, Full-Bridge。

    先谈Buck,这个拓扑跟线性调整器外观上十分接近,但工作模式已经完全改变。

     

    开关电源,顾名思义就是工作在开通和关断状态的电压调整器。开通时,输入向后级传输能量并给储能器件充能;关断时,电路中的储能器件放能,继续向后级传输能量。

    对Buck电路而言,在给定频率和限制最大输入电流条件下,占空比越大向后传递的能量越多;在给定频率和限制最大占空比条件下,输入电流越大向后传递的能量越多;同理在给定的占空比和限制最大输入电流条件下,频率越高向后传递的能量越多。因为CCM工作状态已经被分析得很透了,在此分析一下电路工作在DCM状态。上图:

      

     

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  • amonson

    LV.1

    2011-05-26 17:28

    @amonson

    继续。。。线性调整器的最小交流纹波要求即为运放的输入最小压差要求,通常介于7-10mV,所以如果输入电压的交流纹波小于10mV,那么线性调整器就可以无法工作了。这种电源的效率很低,于是开关电源应运而生。

    开关电源基本拓扑:Buck, Boost, Buck-Boost, Push-Pull, Forword, Flyback, Half-Bridge, Full-Bridge。

    先谈Buck,这个拓扑跟线性调整器外观上十分接近,但工作模式已经完全改变。

     

    开关电源,顾名思义就是工作在开通和关断状态的电压调整器。开通时,输入向后级传输能量并给储能器件充能;关断时,电路中的储能器件放能,继续向后级传输能量。

    对Buck电路而言,在给定频率和限制最大输入电流条件下,占空比越大向后传递的能量越多;在给定频率和限制最大占空比条件下,输入电流越大向后传递的能量越多;同理在给定的占空比和限制最大输入电流条件下,频率越高向后传递的能量越多。因为CCM工作状态已经被分析得很透了,在此分析一下电路工作在DCM状态。上图:

      

     

    由能量公式可以很容易的看出,能量-压差(电流)-占空比-频率-电感量之间的关系,理论上压差越大能提供的能量越大,这跟水库的原理是相通的,水库大多建在比较高的地方。不过由于压差过大对于PWM的控制不利,极小的占空比变化都会引起输出能量的大幅摆动,所以只有提高开关频率来减小单周期占空比的变化量来保证控制精度。如果能处理好各种细节的话,增大输入输出压差,提高频率将可以获得巨大的功率密度提升。

     

    占空比公式显示出在DCM模式下,D随输出功率Pout增大而增大,和CCM模式下的D=Vo/Vin保持不变是不同的。

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  • 电源网-源源

    LV.1

    2011-05-26 17:37

    @amonson

    由能量公式可以很容易的看出,能量-压差(电流)-占空比-频率-电感量之间的关系,理论上压差越大能提供的能量越大,这跟水库的原理是相通的,水库大多建在比较高的地方。不过由于压差过大对于PWM的控制不利,极小的占空比变化都会引起输出能量的大幅摆动,所以只有提高开关频率来减小单周期占空比的变化量来保证控制精度。如果能处理好各种细节的话,增大输入输出压差,提高频率将可以获得巨大的功率密度提升。

     

    占空比公式显示出在DCM模式下,D随输出功率Pout增大而增大,和CCM模式下的D=Vo/Vin保持不变是不同的。

    帮顶啊帮顶  吼吼~~~
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  • amonson

    LV.1

    2011-05-26 17:55

    @amonson

    继续。。。线性调整器的最小交流纹波要求即为运放的输入最小压差要求,通常介于7-10mV,所以如果输入电压的交流纹波小于10mV,那么线性调整器就可以无法工作了。这种电源的效率很低,于是开关电源应运而生。

    开关电源基本拓扑:Buck, Boost, Buck-Boost, Push-Pull, Forword, Flyback, Half-Bridge, Full-Bridge。

    先谈Buck,这个拓扑跟线性调整器外观上十分接近,但工作模式已经完全改变。

     

    开关电源,顾名思义就是工作在开通和关断状态的电压调整器。开通时,输入向后级传输能量并给储能器件充能;关断时,电路中的储能器件放能,继续向后级传输能量。

    对Buck电路而言,在给定频率和限制最大输入电流条件下,占空比越大向后传递的能量越多;在给定频率和限制最大占空比条件下,输入电流越大向后传递的能量越多;同理在给定的占空比和限制最大输入电流条件下,频率越高向后传递的能量越多。因为CCM工作状态已经被分析得很透了,在此分析一下电路工作在DCM状态。上图:

      

     

    在DCM工作状态下,电感能量完全传输,在电感完全放能后由电容向输出提供能量。对比同样输入输出条件,同样工作频率的两个电源,一个工作在DCM状态一个工作在CCM状态。DCM工作方式电感小,电容大,开关管峰值电流大,续流二极管峰值电流大有效值小无反向恢复,负载动态变化时占空比变动大稳定时间较长但不易产生低频震荡;CCM工作方式电感大,电容小,开关管峰值电流小,续流二极管峰值电流小有效值大有反向恢复,负载小范围动态变化时占空比没有大的调整稳定时间短,负载大范围动态变化时工作状态改变可能引起低频震荡。
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  • amonson

    LV.1

    2011-05-26 18:53

    @

    接下来是Boost。

     

    还是DCM工作状态:

      

       

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  • zvszcs

    LV.1

    2011-05-26 18:59

    @amonson

    接下来是Boost。

     

    还是DCM工作状态:

      

       

    继续啊

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  • amonson

    LV.1

    2011-05-26 19:15

    @zvszcs

    继续啊

    边看边写,哪有那么快啊,整个连载吧,有空就更新一些,有些没弄明白的地方还需要各位多帮忙提携啊。
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  • 高等数学

    LV.1

    2011-05-26 19:29

    @amonson

    边看边写,哪有那么快啊,整个连载吧,有空就更新一些,有些没弄明白的地方还需要各位多帮忙提携啊。

    支持,狂顶!

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  • amonson

    LV.1

    2011-05-26 19:32

    @amonson

    接下来是Boost。

     

    还是DCM工作状态:

      

       

    同样,在DCM工作方式下,占空比D随输出功率增加而增加。

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  • gaohq

    LV.1

    2011-05-26 19:35

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    喜欢这样的笔记,楼主的功底非一般啊。

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