開關(guān)電源設(shè)計技巧之三――阻尼輸入濾波系列(上)

1、開關(guān)電源設(shè)計技巧之三阻尼輸入濾波系列(上開關(guān)調(diào)節(jié)器通常優(yōu)于線性調(diào)節(jié)器,因為它們更高效,而開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則十分依賴輸入濾波器。這種電路元件與電源的典型負(fù)動態(tài)阻抗相結(jié)合,可以誘發(fā)振蕩問題。本文將闡述如何避免此類問題的出現(xiàn)。一般而言,所有的電源都在一個給定輸入范圍保持其效率。因此,輸入功率或多或少地與輸入電壓水平保持恒定。圖3.1顯示的是一個開關(guān)電源的特征。隨著電壓的下降,電流不斷上升。 圖3.1 開關(guān)電源表現(xiàn)出的負(fù)阻抗負(fù)輸入阻抗電壓-電流線呈現(xiàn)出一定的斜率,其從本質(zhì)上定義了電源的動態(tài)阻抗。這根線的斜率等于負(fù)輸入電壓除以輸入電流。也就是說,由Pin=VI,可以得出V=Pin/I;并由此可得dV/dI=

2、Pin/I2或dV/dIV/I。該近似值有些過于簡單,因為控制環(huán)路影響了輸入阻抗的頻率響應(yīng)。但是很多時候,當(dāng)涉及電流模式控制時這種簡單近似值就已足夠了。為什么需要輸入濾波器開關(guān)調(diào)節(jié)器輸入電流為非連續(xù)電流,并且在輸入電流得不到濾波的情況下其會中斷系統(tǒng)的運(yùn)行。大多數(shù)電源系統(tǒng)都集成了一個如圖3.2所示類型的濾波器。電容為功率級的開關(guān)電流提供了一個低阻抗,而電感則為電容上的紋波電壓提供了一個高阻抗。該濾波器的高阻抗使流入源極的開關(guān)電流最小化。在低頻率時,該濾波器的源極阻抗等于電感阻抗。在您升高頻率的同時,電感阻抗也隨之增加。在極高頻率時,輸出電容分流阻抗。在中間頻率時,電感和電容實質(zhì)上就形成了一種并聯(lián)

3、諧振電路,從而使電源阻抗變高,呈現(xiàn)出較高的電阻。大多數(shù)情況下,峰值電源阻抗可以通過首先確定濾波器 (Zo 的特性阻抗來估算得出,而濾波器特性阻抗等于電感除以電容所得值的平方根。這就是諧振下電感或者電容的阻抗。接下來,對電容的等效串聯(lián)電阻 (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于Zo乘以電路的Q值。 圖3.2 諧振時濾波器的高阻抗和高阻性振蕩但是,開關(guān)的諧振濾波器與電源負(fù)阻抗耦合后會出現(xiàn)問題。圖3.3顯示的是在一個電壓驅(qū)動串聯(lián)電路中值相等、極性相反的兩個電阻。這種情況下,輸出電壓趨向于無窮大。當(dāng)您獲得由諧振輸入濾波器等效電阻所提供電源的負(fù)電阻時,您也就會面臨一個類似的電源系統(tǒng)情況;這時,電路往往就會出現(xiàn)振蕩。 圖3.3 與其負(fù)阻抗耦合的開關(guān)諧振濾波器可引起不必要的振蕩設(shè)計穩(wěn)定電源系統(tǒng)的秘訣是保證系統(tǒng)電源阻抗始終大大小于電源的輸入阻抗。我們需要在最小輸入電壓和最大負(fù)