关于开关电源的各类问题你可以解决吗？_电流_电感

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电流纹波率

电流纹波率和大家熟知的电压纹波率是相对称的观点。
电压纹波率是元器件两端的电压颠簸，而电流纹波率是流过元器件电流的颠簸，电感纹波率示意图如下图所示↓（电流纹波率＝vpp/2/vdc）。

关于开关电源的各类问题你可以解决吗？_电流_电感科学

在BUCK的开关电源拓扑中，电感的电流纹波率是主要的设计指标，我们希望电流纹波率越靠近于0越好，充放电越平稳，则电源的电压纹波 EMI等参数越好。
但是如果想要电流纹波率越小，那么就须要电感的储能能力越强（电感值越大），大电感的缺陷便是本钱高体历年夜这是非常不利于我们的工程设计的，下图为电感感值本钱与电流纹波率相对应的大致曲线↓

曲线是呈指数低落的，在实际的工程运用中，在没有分外的哀求下，我们认为取电流纹波率为0.4是从本钱电源稳定性等角度考虑比较高性价比的点，以是在后续的打算中我们将电流纹波率取0.4。

电感的选型

流过电感的均匀电流、最小电流、最大电流。

在确定CCM模式下的电流纹波率为0.4后，我们就可以画出电感的预期电流波形，如下图所示↓

流过电感的均匀电流为Idc

流过电感的最大电流为Idc+(Ipp/2)

流过电感的最小电流为Idc-(Ipp/2)

在电感选型时要把稳电感的最大承受电流和电感的饱和电流都要大于电感的均匀电流，在工程运用下，我们常日会取最大电流 1.2（少了不足，多了摧残浪费蹂躏）。

电感值的打算

在快速的开关下，开关的开通韶光ton、开关的关断韶光 toff 和电流变革量△I都为较小的变革量。

则电感公式 U=Ldi/dt 的另一种表达形式为：

Uon = L (△Ion/Ton)；

Uoff = L （ △Ioff / △Ton ）；

通过公式可知电流上升量和电流低落量为：

△Ion = (Uon Ton) / L;

△Ioff = (Uoff Toff) / L;

又知占空比公式为：

D=Ton/(Ton+Toff)=Ton/T=Ton频率f;

通过公式可知电流上升量和电流低落量利用占空比进行表达为：

△Ion = (Uon D ) / ( L f );

△Ioff=[ Uoff(1-D) ] / ( L f );

电流纹波率公式为：

ρ = △Ion/Iout = △Ioff / Idc；（Iout 便是 Idc）

感量的打算公式，可通过电流上升量△Ion = (Uon Ton) / L 打算，也可通过电流低落量△Ioff = (Uoff Toff) / L 打算，下面就利用电流低落量公式做电感的打算（利用电流上升量公式做打算的结果也是相同的）。

公式△Ioff=[ Uoff(1-D) ] / ( L f )，利用电流纹波率的表达办法为……

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开关电源频域小旗子暗记环路特性丈量磋商

开关电源的闭环调度特性是由其变换器的小旗子暗记开环通报函数决定，而这个通报函数可以用伯德图表示，通过波德图，我们可以看出此电源干系的特性。
比如穿越频率，增益裕量，相位裕量等指标。
穿越频率（增益曲线穿越0db时对应的频率），也便是掌握带宽，表征系统的负载动态相应速率。
通过负反馈系统的运用，使得开环通报函数直接产生了180C的相位滞后，则功率级部分，补偿器部分，反馈环节部分，总的叠加的相位滞后不能超过180C,由此避免掌握环路的不稳定发生，因此，相位裕量表征系统的闭环掌握的相对稳定性。
通过本文，我们回顾一下和小旗子暗记环路测试干系的知识。

一.小旗子暗记环路测试的背景

图1范例负反馈系统

负反馈系统广泛用于掌握开关电源，如图1所示，是一个范例的负反馈系统的框图，输出V(s)经由反馈环节H(s)后，和参考Vref(s)相减得到偏差Ve(s），经由被控工具G(s)后得到掌握后的输出量Vs(s)，输出V(s）就会跟随参考Vref（s）的值。

图2 范例负反馈系统的闭环通报函数

对图1所示的框图进行关系推导，即可得到输入Vref(s）对输出V(s）的闭环通报函数关系，如图2所示。
这里T(s)便是这个别系的开环通报函数，它由这个别系所有环节的增益的乘积组成。

如果能知道系统的开环增益的特性，我们就可以通过奈奎斯特的稳定性原则去评估系统稳定性，显而易见，T（s）为-1时，这个闭环通报函数表达式为无穷大的值，以是这时候它是不稳定的，以是，我们在系统的开环增益波德图中不许可其达到这个不稳定点。

图3 带反馈的电源变换器

对付一个范例的电源变换器来说，如图3所示，由功率级环节，PWM转换环节，偏差放大器环节组成，这个负反馈系统具有基本的掌握输出的功能，比如当输出变小时，导致偏差VEA变大，同时让占空比变大，从而将输出调度回来。

而这样一个变换器系统的开环增益可以表达为图4中，所示表达式。

图4 变换器开环增益

二.小旗子暗记开环增益测试

谈论了小旗子暗记测试的背景知识，为了得到准确的小旗子暗记特性对应的波特图，我们须要去测试一个电源系统的波德图，这样就可以避免各种建模无法考虑到的一些寄生参数或者非空想成分导致的不准确性，那么该如何去测试系统波德图呢……

原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5683.html

开关电源变换器的事情模式---恒定导通韶光掌握(COT)

一样平常情形下，开关电源的输出电压Vo恒定，当输入电压Vin变革时，须要有其余一个变量进行相应的掌握变革，坚持输出电压Vo恒定。
以Buck降压变换器为例，根据掌握变革量的不同可以分为以下几种掌握模式：

1）开关频率fsw恒定，当输入电压Vin变革时，根据Vo=DVin=Tsw_on/TsVin，占空比D=Tsw_on/Tsw进行相应的变革，也便是PWM掌握；

2）如果开通韶光Tsw_on固定，当输入电压变革时，开关频率fsw进行相应的变革，这种办法便是恒定导通韶光掌握；

3）如果开通韶光Tsw_off固定，当输入电压变革时，开关频率fsw进行相应的变革，这种办法便是恒定关断韶光掌握；

以上三种掌握办法中，第一种是定频掌握，后面两种是变频掌握。
个中COT掌握是通过检测流过开关管电流谷点电流值进行掌握，其事情过程如下：

当开关管导通时，流过电感电流上升，开关管导通一个固定时间后，关断开关管，此时流过电感电流开始低落，通过检测检流电阻两端电压值与芯片内部值进行比较，重新打开开关管，依次重复。
下面以一款COT Buck掌握芯片为例详细解释COT掌握紧张打算公式……

原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5594.html

Buck开关电源输入电容的选择

本文以Buck开关电源为例剖析输入电容的选择。
Buck电路事情框图如下图所示

Buck开关管Q的事情波形如下：0~DTsw的开关管导通期间，有电流流过Q，在DTsw~Tsw的开关管关断期间，流过Q的电流为0.当ΔIout足够小时，可以将开关管导通期间的电流波形等效为一个高为Iout，宽为DTsw的矩形波形，则有

根据能量守恒, 流过开关管Q的电流波形几何关系可得

在开关管Q导通期间输入端和输入电容同时向输出端供应能量，因此输入电容电流即是流过开关管电流Iq减去输入端电流；在Q关断期间，输入端对输入电容充电，补充开关管导通期间的丢失，此时输入电容电流反向等效为-DIout。
当输入电容足够大时，输入电流全体周期基本恒定，有

根据输入电容电流波形可得流过输入电容的有效值为

化简可得

上面是不考虑纹波的情形下的输入电容电流的有效值，在考虑纹波的情形下有……

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<75W开关电源的EMI整改策略

对付小于75W的开关电源的供电系统，我们没有逼迫哀求增加PFC电路设计。
此时<75W的单激办法的反激设计是系统供电设计最大略实用且实效的方案。

事情于开关状态的单激式设计，其开关电源的电压、电流变革率都很高，产生的滋扰强度较大。
滋扰源紧张集中在功率开关管，开关变压器，输出整流二极管等，其滋扰频率不高（从几十千赫到十兆赫兹/也有超过十MHZ的），紧张的滋扰形式是传导滋扰和近场滋扰为主。

在EMI-传导的高效设计方面我的滤波器设计理论及推举的共模电感设计可以一步到位，但每每电子工程师对理论研究比较薄弱，同时对本钱应对问题，滤波器中的共模电感的参数是用凑合来的（本钱最低）。
我再将电子工程师朋友们碰着的EMI整改问题根据测试频段对应的滋扰源头进行一下追加方法处理！

1.<75W中功率的运用设计事理图（通用设计参考）

图1 <75W 功率的较大功率段的通用设计方案

图2 小功率的系统的EMI通用设计方案

图3 小功率<15W的系统供电设计方案

图4 小功率<6W的系统供电设计方案

以上是我研究开关电源以来履行最多4种构造。
把稳其运用处所有比较大的差异，我有一门课程是来研究电子产品的供电系统设计的，依据产品认证哀求不同，如果其构造选择不当，对产品的系统EMC会带来本钱及整改的问题！

2.我先推举大家开关电源EMI在不同频段的履历数据Data

A.<1MHZ,紧张以差模滋扰为主，可以采取差模滋扰抑制的策略

B.1MHZ—5MHZ,紧张是差模与共模的稠浊滋扰为主

C.>5MHZ,紧张因此共模滋扰为主，可以采取共模滋扰抑制的策略

D.30MHZ—50MHZ,辐射段大多为 MOS管的高速开关引起

E.50MHZ—100MHZ,辐射段大多为输出整流二极管的反向规复电流引起

F.>200MHZ,开关电源的辐射会比较小了；须要剖析数字电路，时钟，MCU,CPU/RAM等高频掌握旗子暗记；可以通过测试曲线的数据来大致判断来源……

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<5W开关电源系统的辐射超标的改进剖析

在我们很多工业及消费类电子产品运用中，利用开关电源系统供电可以减小体积。
对付电源的输出负载紧张是继电器及MCU等大略的掌握系统，追求小体积电源系统大略可靠在运用中越来越广泛！
特殊是物联网产品的运用，同时开关电源供电系统的集成度已非常高，好的设计和选择非常主要。
为了做到运用时应对系统EMC的哀求供应我前期的实际事情设计案例，分享给电子设计爱好者参考！

1. 小功率电源系统LNK564PN改进EMI的事理设计参考方案如下：

2. 客户在实际利用时测试的超标频段及频点范围如下：

① 30MHZ-40MHZ的频点范围超标5dB旁边

② 200HZ-300MHZ的频段范围且是时钟的倍频

3. 通过数据调试确认辐射发射的位置及器件。

① 30MHZ-100MHZ的频点范围如果是开关电源其干系的器件位置为：

现将各个频段的滋扰形式及状态总结如下：

1MHZ以内----以差模滋扰为主,增大X 电容就可办理；

1MHZ-5MHZ---差模共模稠浊,采取输入端并一系列X 电容来滤除差摸滋扰并剖析出是哪种滋扰超标并办理;

5M---以上以共摸滋扰为主,采取抑制共摸的方法.对付外壳接地的,在地线上用一个磁环抱2圈会对10MHZ以上滋扰有较大的衰减;

30---50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起,可以用增大MOS驱动电阻,RCD优化缓冲接管电路；对付集成MOS的方案设计，建议在MOS的D&S间并联<220pF的电容会有较好的改进，把稳IC的温升问题！
！

50---100MHZ 普遍是输出整流管反向规复电流引起,可以在整流管上串磁珠，增加RC接管电路等方法；