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同步整流帶來的不僅僅是高效率

作者: 時間:2011-12-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
您是否曾經(jīng)應(yīng)要求設(shè)計過一種輕負載狀態(tài)下具有良好負載瞬態(tài)響應(yīng)的呢?如果是,并且您還允許非連續(xù),那么您可能會發(fā)現(xiàn)控制環(huán)路的增益在輕負載狀態(tài)下急劇下降。這會導(dǎo)致較差的瞬態(tài)響應(yīng),并且需要大量的輸出濾波電容器。一種更簡單的方法是讓在所有負載狀態(tài)下都為連續(xù)。
圖 1 是一個簡單的,用于演示輸出電感中連續(xù)和非連續(xù)電流的負載瞬態(tài)響應(yīng)。在低至空載的負載狀態(tài)下,輸出電感電流都一直保持連續(xù),因為器允許電感電流在輕負載狀態(tài)下反向流動。只需用一個二極管替換底部 FET(Q2),電路便可轉(zhuǎn)為非連續(xù)。盡管本文介紹的是降壓拓撲結(jié)構(gòu)的區(qū)別,但您會注意到所有電源拓撲都有類似的響應(yīng)。
圖 1 用于演示瞬態(tài)響應(yīng)的簡單降壓轉(zhuǎn)換器
圖 2 顯示了輸出電流 700 mA 階躍變化的兩個瞬態(tài)負載響應(yīng)。左邊的線跡為連續(xù)情況,而右邊的線跡則為非連續(xù)情況。在非連續(xù)情況下,瞬態(tài)響應(yīng)比連續(xù)情況差了三倍多。同步 FET 用于強制連續(xù)運行。但是,也有一些獲得較好瞬態(tài)響應(yīng)的其他方法,包括預(yù)加載輸出或者使用擺動電感等。擺動電感用于在低電流時增加電感。這個目標(biāo)的實現(xiàn),主要是通過兩種磁心材料:低電流飽和高鐵氧體,以及低電流不飽和粉末鐵氧體。

圖 2 同步運行(左)具有最佳瞬態(tài)響應(yīng)
非連續(xù)運行期間,瞬態(tài)響應(yīng)較差的原因是環(huán)路特性急劇變化,如圖 3 所示。左邊的曲線顯示了連續(xù)運行期間的環(huán)路增益??刂骗h(huán)路具有 50 kHz 的帶寬,相補角為 60 度。右邊的曲線為功率級轉(zhuǎn)為非連續(xù)時的響應(yīng)情況。功率級從連續(xù)運行期間的一對復(fù)極,變?yōu)榉沁B續(xù)運行期間的一個單低頻實極點。該極點的頻率由輸出電容器和負載電阻器決定。相比連續(xù)情況,您可以看到低頻率下低頻極點引起的相移過程。低頻率下,增益急劇下降,原因是極點導(dǎo)致更低的交叉頻率,從而降低了瞬態(tài)響應(yīng)。
圖 3 大量環(huán)路增益在非連續(xù)運行(右邊)中損失
總之,可提高效率,同時也能夠極大地幫助瞬態(tài)負載調(diào)節(jié)。它為電源預(yù)加載提供了一種高效的方法。另外,相比擺動電感,它還擁有更加穩(wěn)定的控制環(huán)路特性。它提高了傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器,以及所有其他能夠使用的拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)性。
下次,我們將討論非隔離式電源的共模噪聲,敬請期待。


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