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  • 開(kāi)關(guān)電源靜態(tài)紋波,動(dòng)態(tài)負(fù)載過(guò)沖下沖分析改善介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2022-10-21 16:41:05
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    開(kāi)關(guān)電源靜態(tài)紋波,動(dòng)態(tài)負(fù)載過(guò)沖下沖分析改善介紹
    靜態(tài)紋波
    通過(guò)開(kāi)關(guān)電源基本原理可以得知,電感的電流并非純直流,而是附加了三角波形狀的紋波電流,并且紋波電流通過(guò)輸出電容濾掉。
    輸出電容并非理想電容,存在寄生參數(shù),可分解為等效寄生電感(ESL),等效寄生電阻(ESR),電容(C)的串聯(lián)電路,電感紋波電流流過(guò)輸出電容時(shí),會(huì)在ESL,ESR和C上產(chǎn)生電壓紋波。
    靜態(tài)紋波 動(dòng)態(tài)負(fù)載 過(guò)沖下沖
    從以上公式可以看到,輸出紋波主要受到電容寄生ESL,ESR,C的值和電感紋波電流影響。
    靜態(tài)紋波改善措施
    想要降低輸出紋波,主要就是降低電感紋波電流和電容寄生參數(shù),增大容值,可通過(guò)如下措施進(jìn)行優(yōu)化:
    增大感值,可以降低電感紋波電流;
    提高開(kāi)關(guān)頻率,可以降低電感紋波電流;
    靜態(tài)紋波 動(dòng)態(tài)負(fù)載 過(guò)沖下沖
    增大容值,降低電感紋波電流在電容上充放電產(chǎn)生的紋波;
    輸出電容更換為ESL/ESR更小的電容,例如MLCC。
    動(dòng)態(tài)負(fù)載過(guò)沖/下沖
    在負(fù)載發(fā)生跳變時(shí)(突然增大或者減小),電感電流無(wú)法快速跟隨負(fù)載變化,會(huì)導(dǎo)致能量不足或者過(guò)剩,從而出現(xiàn)下沖/過(guò)沖,如下圖所示:
    負(fù)載電流突然增大,電感電流受到控制器TON和電流斜率的限制,無(wú)法實(shí)時(shí)滿(mǎn)足負(fù)載需求,這部分額外的能量需要輸出電容端提供,即輸出電容放電,輸出電壓出現(xiàn)下沖;
    負(fù)載電流突然減小,由于電感電流下降斜率小于負(fù)載電流下降斜率,導(dǎo)致電感上能量過(guò)多,從而對(duì)輸出電容進(jìn)行充電,輸出電壓出現(xiàn)過(guò)沖。
    靜態(tài)紋波 動(dòng)態(tài)負(fù)載 過(guò)沖下沖
    動(dòng)態(tài)響應(yīng)改善措施
    動(dòng)態(tài)負(fù)載時(shí)的過(guò)沖/下沖,主要是由于電感電流響應(yīng)較慢,導(dǎo)致輸出電容的充放電形成的,因此要改善過(guò)沖/下沖,主要減小電感能量變化或者增大電容值來(lái)解決:
    減小感值,降低電感儲(chǔ)能,并且可以增大電感電流變化斜率(這個(gè)對(duì)靜態(tài)紋波是相反的,因此電感值不能太小);
    提高開(kāi)關(guān)頻率,同時(shí)可以適當(dāng)增大環(huán)路帶寬,提高控制器的響應(yīng)速度,但是需要保證系統(tǒng)穩(wěn)定性,帶寬過(guò)大會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定;
    增大容值,是最直接的降低過(guò)沖/下沖的方法,成本會(huì)上升;
    輸出電容可采用大電容值固態(tài)電容和MLCC混搭的方式,降低各頻段的交流阻抗;
    對(duì)于部分控制器,可以采用增加DC load line的方式,有效降低過(guò)沖,例如CPU core電源,如下圖所示:
    靜態(tài)紋波 動(dòng)態(tài)負(fù)載 過(guò)沖下沖
    總結(jié)
    靜態(tài)紋波和動(dòng)態(tài)負(fù)載的過(guò)沖/下沖原理有所區(qū)別,優(yōu)化方案也有差異,總結(jié)如下:
    靜態(tài)紋波:
    增大感值
    提高頻率
    增大容值
    采用MLCC
    動(dòng)態(tài)負(fù)載:
    減小感值
    提高頻率
    增大容值
    混合類(lèi)型電容
    增加DC load line
    電感值對(duì)于靜態(tài)紋波和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的效果是相反的,因此需要折中;其他措施大部分是兩個(gè)方面都有改善的。
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