【電源設計小貼士3】:阻尼輸入濾波器係列1
發布時間:2013-01-22 責任編輯:hedyxing
【導讀】設she計ji穩wen定ding電dian源yuan係xi統tong的de秘mi訣jue是shi保bao證zheng係xi統tong電dian源yuan阻zu抗kang始shi終zhong大da大da小xiao於yu電dian源yuan的de輸shu入ru阻zu抗kang。開kai關guan調tiao節jie器qi通tong常chang優you於yu線xian性xing調tiao節jie器qi,因yin為wei它ta們men更geng高gao效xiao,而er開kai關guan拓tuo撲pu結jie構gou則ze十shi分fen依yi賴lai輸shu入ru濾波器。這種電路元件與電源的典型負動態阻抗相結合,可以誘發振蕩問題。本文將闡述如何避免此類問題的出現。
一般而言,所有的電源都在一個給定輸入範圍保持其效率。因此,輸入功率或多或少地與輸入電壓水平保持恒定。圖 1 顯示的是一個開關電源的特征。隨著電壓的下降,電流不斷上升。

圖 1 開關電源表現出的負阻抗
負輸入阻抗
電壓-電流線呈現出一定的斜率,其從本質上定義了電源的動態阻抗。這根線的斜率等於負輸入電壓除以輸入電流。也就是說,由 Pin = V • I,可以得出 V = Pin/I;並由此可得 dV/dI = –Pin/I2 或 dV/dI ≈ –V/I。
gaijinsizhiyouxieguoyujiandan,yinweikongzhihuanluyingxiangleshuruzukangdepinlvxiangying。danshihenduoshihou,dangshejidianliumoshikongzhishizhezhongjiandanjinsizhijiuyizugoule。
為什麼需要輸入濾波器
開關調節器輸入電流為非連續電流,並且在輸入電流得不到濾波的情況下其會中斷係統的運行。大多數電源係統都集成了一個如圖 2 所suo示shi類lei型xing的de濾lv波bo器qi。電dian容rong為wei功gong率lv級ji的de開kai關guan電dian流liu提ti供gong了le一yi個ge低di阻zu抗kang,而er電dian感gan則ze為wei電dian容rong上shang的de紋wen波bo電dian壓ya提ti供gong了le一yi個ge高gao阻zu抗kang。該gai濾lv波bo器qi的de高gao阻zu抗kang使shi流liu入ru源yuan極ji的de開kai關guan電dian流liu最zui小xiao化hua。在zai低di頻pin率lv時shi,該gai濾lv波bo器qi的de源yuan極ji阻zu抗kang等deng於yu電dian感gan阻zu抗kang。在zai您nin升sheng高gao頻pin率lv的de同tong時shi,電dian感gan阻zu抗kang也ye隨sui之zhi增zeng加jia。在zai極ji高gao頻pin率lv時shi,輸shu出chu電dian容rong分fen流liu阻zu抗kang。在zai中zhong間jian頻pin率lv時shi,電dian感gan和he電dian容rong實shi質zhi上shang就jiu形xing成cheng了le一yi種zhong並bing聯lian諧xie振zhen電dian路lu,從cong而er使shi電dian源yuan阻zu抗kang變bian高gao,呈cheng現xian出chu較jiao高gao的de電dian阻zu。
大多數情況下,峰值電源阻抗可以通過首先確定濾波器 (Zo) 的de特te性xing阻zu抗kang來lai估gu算suan得de出chu,而er濾lv波bo器qi特te性xing阻zu抗kang等deng於yu電dian感gan除chu以yi電dian容rong所suo得de值zhi的de平ping方fang根gen。這zhe就jiu是shi諧xie振zhen下xia電dian感gan或huo者zhe電dian容rong的de阻zu抗kang。接jie下xia來lai,對dui電dian容rong的de等deng效xiao串chuan聯lian電dian阻zu (ESR) 和電感的電阻求和。這樣便得到電路的 Q 值。峰值電源阻抗大約等於 Zo 乘以電路的 Q 值。

圖 2 諧振時濾波器的高阻抗和高阻性
振蕩
但是,開關的諧振濾波器與電源負阻抗耦合後會出現問題。圖 3 顯示的是在一個電壓驅動串聯電路中值相等、極(ji)性(xing)相(xiang)反(fan)的(de)兩(liang)個(ge)電(dian)阻(zu)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia),輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)趨(qu)向(xiang)於(yu)無(wu)窮(qiong)大(da)。當(dang)您(nin)獲(huo)得(de)由(you)諧(xie)振(zhen)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)等(deng)效(xiao)電(dian)阻(zu)所(suo)提(ti)供(gong)電(dian)源(yuan)的(de)負(fu)電(dian)阻(zu)時(shi),您(nin)也(ye)就(jiu)會(hui)麵(mian)臨(lin)一(yi)個(ge)類(lei)似(si)的(de)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)情(qing)況(kuang);這時,電路往往就會出現振蕩。

圖 3 與其負阻抗耦合的開關諧振濾波器可引起不必要的振蕩
設計穩定電源係統的秘訣是保證係統電源阻抗始終大大小於電源的輸入阻抗。我們需要在最小輸入電壓和最大負載(即最低輸入阻抗)狀態下達到這一目標。在電源設計小貼士 4 中,我們將討論控製電源阻抗的一些實用方法。
相關閱讀:【電源設計小貼士1】:如何為電源選擇正確的工作頻率?
http://m.0-fzl.cn/power-art/80020047
【電源設計小貼士2】:如何駕馭噪聲電源?
http://m.0-fzl.cn/power-art/80020056
【電源設計小貼士4】:阻尼輸入濾波器係列2
http://m.0-fzl.cn/power-art/80020076
【電源設計小貼士5】:降壓控製器在電源設計中的使用
http://m.0-fzl.cn/power-art/80020091
【電源設計小貼士6】:如何精確測量電源紋波
http://m.0-fzl.cn/power-art/80020101
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