开关电源设计之:AP法的公式推导
1 前提条件
由变压器基本公式可得下列表
序号 | 说明 |
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1 | 忽略磁芯的磁阻,全部能量在气隙中 |
2 | 气隙量较大,磁导率 $u_{r} $接近常数,且不触发磁饱和 |
3 | 气隙中磁通密度为均匀分布 |
4 | 气隙中磁场强度$H$ |
名称 | 作用 | 注意事项 |
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输入侧:浪涌保护 | 输入侧防止启动电压过高 | TVS 压敏电阻 放电气体管 浪涌控制:有源浪涌抑制电路(晶闸管启动电路) |
输入侧 第2步:电磁兼容 | 主要抑制传导噪音 辐射噪音靠机壳抑制 |
滤波器插入损耗的设计(共模和差模) |
输入侧 第3步:输入侧的整流与滤波 | PFC电路 输入电容 浪涌抑制电阻() |
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启动电路 | 软启动和低压禁止 | 输入电容充满电后再启动(软启动) 低压禁止,防止过电流,而且驱动控制等模块 需要稳定的电压才能工作。 |
接通电压过冲 | 建立正确的状态之前,输出电压会超出正确值。 此为接通电压过冲 |
名称 | 作用 | 注意事项 |
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过压保护 | ||
欠压保护 | ||
过载保护 | 超功率限制 输出恒流限制 熔断器或跳闸 |
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开关管缓冲电路 | 减少电压电流应力 | 一定程度降低变化率,减少视频干扰问题 |
ZCS ZVS | 降低开关损耗 | LLC的谐振电感与频率选择,DAB的谐振频率选择,体二极管和旁路电容的选择 |
在相移50%时最大功率$P_{N}=\frac{nU_{1}U_{2}}{8Lf_{s}} $ |
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可得$L=\frac{nU_{1}U_{2}}{8P_{N}f_{s}} $: $U_{1}=1000$ $U_{2}=640$ $f_{s}=100Khz$ |
公式为$L=\frac{1000^{2}}{82010^{3}10^{5}} =\frac{10^{6}}{1610^{9}} =\frac{1}{16*10^{3}} $ |
L=0.0000625=$62.5\mu H$ |
带入PLECS模型
输出640V左右吧,后面还需要调节下,控制器和输出电容的取值
变频器专用电源滤波器和电抗器,都具有滤波功能,这点是毋庸置疑的,但是,变频器专用滤波器和电抗器,究竟有什么区别,下面简单的总结了一下,现将总结结果与各位分享之,如果有不同意见,欢迎批评指正。
先从构件方面,来进行分析:变频器专用滤波器的主要构件包括:滤波电容、滤波电感和电阻,而电抗器的主要构件只有一个,那就是电感。举一个可能不是很恰当的例子:可以把电抗器看作是软启动器,变频器专用滤波器就是变频器。变频器专用滤波器比电抗器具有更强大的功能,但是,变频器专用滤波器也有不足的地方,就是其电感量没有电抗器大。所以,一般情况下,我们都是选用变频器专用滤波器,而非电抗器,就是这个原因。
本文是个人的学习记录,多学原视频大佬的分析:
1 | 最小输入电压为12V,故以此设计电感 |
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2 | 由$V_{out}=\frac{V_{in} }{1-D}$。可知,D=0.8 80% |
3 | 开关周期为$\frac{1}{T}$可得,周期$10\mu s$ |
4 | 开关管导通时间为$8 \mu s$ |
5 | 电压秒平衡$V_{in}\times t_{on}=12V\times 8\mu s=96 V \mu s$ |
6 | 根据$r=\frac{V\bigtriangleup t}{L\times I_{avg} } $和$ I_{avg}=\frac{I_{o} }{1-D} $可得 “r是纹波率 $I_{avg}$平均电流 ” 可得“$r= 0.4=\frac{12V\times 8\mu s }{L\times10 } \to 4=\frac{96 V \mu s}{L} \to L=24\mu H$” |
7 | 最大电流为10A+4A =14A |
8 | 确定电感 14A $24 \mu H$ |
为了说明使用Ⅲ型补偿方案的设计过程,以电压模式、CCM模式的Buck非隔离变换器为例。变换器相关规格如下
首先,需要定义PWM级的增益
接下来,将双极点的位置置于输出端滤波器的截止频率处
事实上,还需要考虑输出电容的等效串联电阻(ESR),另外还有许多寄生参数会影响元件的性能。例如,电感绕组中存在串联的直流电阻和并联电容,而输出电容也会包含一些小的串联电感,但是对于这一层面的分析,其中大部分通常可以忽略不计。
但是,电容的ESR是一个例外,因为我们很快就会看到,它足够大并可能影响我们感兴趣的频率范围内的性能。请注意,元器件制造商经常对这个数的定义并不明确,并且以非常保守的最大值作为指定值并写入规格书中同时 ESR具有一个负温度系数,所以应该考虑最低温度下的情况。
因此,我们通常必须进行假设,ESR可以具有从0到最大最坏情况值的任何值,在本例中可以高达10mΩ。因此,这个电容ESR会引入一个零点,从而在如下频率处增加滤波器的增益∶