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電源適配器設計例子

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電源適配器設計例子

電源適配器廠家：東莞玖琪跟讀者分享關于：Buck調整器輸出濾波電感（扼流圈）的設計
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算傳遞函數和環路補償值時一般作為低通濾波器來處理。
然而，讀者更喜歡將電感看成是開關過程中維持電流相對恒定的元件（即當功率器件導通時，電感儲存能量，功率器件關斷時，將儲存的能量傳遞給輸出端）。

電源適配器廠家認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）的設計與扼流圈（包含相當大的直流電流分量）的設計有很大區別。
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有定義。注意電流斜坡的中點幅值等于直流輸出電流I0的平均值。
由前面的分析可知，當直流輸出負載電流減小時，電流斜坡的斜率仍保持恒定（因為電感L的端電壓恒定）。但是當負載電流減小時，紋波電流將整體向下移。
當負載電流為斜坡峰一峰值的一半，即時，斜坡的最低點正好降到零。在這個最低點處，電感電流為零，儲能為零。如果負載電流進一步減小，電感將進入不連續工作模式，電壓和電流的波形，以及閉環傳遞函數將發生較大變化。
15W電源適配器連續工作模式向不連續工作模式轉變的過程如圖所示。圖中給出了Buck調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，負載電流從額定電流5A降到0.2A。
前兩個波形均為階梯斜坡，隨電流減小階梯值降低，斜坡中點電流接近于直流輸出電流。
I0=0.95A時（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，這時電感進入不連續模式，此時負載電流為臨界電流。從圖中前3個波形可見，Q1導通時間不變，但進入不連續模式以后，（1導通時間會急劇下降。

在這個例子中，控制環路能夠在整個負載范圍內將輸出電壓控制在5V，即使電感進入不連續工作模式。因此，這很容易讓人產生錯覺，認為電源適配器電感進入不連續工作模式對電路工作沒有影響。實際上，傳遞函數已發生變化（下面將討論），控制環路必須適應這種變化。而且在Boot拓撲中，這種轉變會產生一些問題。
對于Buck調整器，電感進入不連續工作模式也沒問題。在進入不連續模式之前，直流輸出電壓  。注意此公式與負載電流參數無關，所以當負載電流變化時，不需要調節占空比，輸出電壓仍保持恒定（Buck調整器的等效輸出電阻非常低）。實際上，當輸出電流變化時，導通時間也會稍微變化，這是因為Q1的導通壓降和電感電阻隨著電流的變化而略有變化，這需要T做出適當的調整。
但進入不連續模式后，傳遞函數會發生很大的改變的關系將不再適用，這可從圖中最后兩個波形看到。圖中Q1的導通時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，連續工作模式時的電壓公式可表述為   但是在不連續工作模式下，占空比與負載電流有關，輸出電壓V定義為

因為控制環路要控制輸出電壓恒定，負載電阻R與負載電流成反比例關系。假設V0、V1、L和T恒定，為了控制電壓恒定，占空比D必須隨著負載電流的變化而變化。
12w電源適配器在臨界轉換電流處，傳遞函數從連續模式轉變成不連續模式。工作于連續模式時，占空比保持恒定，不隨負載電流而改變（相當于零輸出阻抗）；工作于不連續模式時，占空隨負載電流減小而改變（相當于有輸出阻抗）。因此，工作于不連續模式時，控制環路的設計較困難，而且瞬態特性將降級。

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| 發布時間：2019.01.11    來源：電源適配器廠家
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