PWM開(kāi)關(guān)建模反激轉(zhuǎn)換器使用第二級(jí)LC濾波器

在電源管理輸出電壓紋波，以滿足排放法規(guī)要求的方法之一。有效地執(zhí)行一個(gè)第二級(jí)LC濾波器的確實(shí)需要額外分析和調(diào)整以使電源穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)一個(gè)第二級(jí)LC濾波器反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)可以用更少的濾波電容和得到的輸出負(fù)載更低電壓紋波。一個(gè)第二級(jí)LC濾波器與額外的輸出電容來(lái)降低電壓紋波是一種較低成本的解決方案，提高了系統(tǒng)的可靠性，因?yàn)楦俚碾娙?。然而，第二?jí)LC濾波器的補(bǔ)救引入不穩(wěn)定輸出調(diào)節(jié)，而無(wú)需重新調(diào)整所述補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。為了解決這個(gè)輸出調(diào)節(jié)問(wèn)題，一個(gè)堅(jiān)固的設(shè)計(jì)應(yīng)該導(dǎo)出的開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換器的小信號(hào)模型。推導(dǎo)將識(shí)別開(kāi)關(guān)電源的極點(diǎn)和零點(diǎn)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，因此可以獲得關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)的行為有些直覺(jué)和更高優(yōu)化補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

反激變換器采用第二級(jí)LC濾波器圖片

圖1：采用第二級(jí)LC濾波器反激式轉(zhuǎn)換器。

有三種流行的方式來(lái)得到一個(gè)小信號(hào)模型的反激式：

國(guó)家空間平均法通過(guò)米德?tīng)柦榻B;

從Vorperian PWM開(kāi)關(guān)模型;

場(chǎng)均切換的方法，從羅伯特·愛(ài)立信。

狀態(tài)空間平均法已被用于模擬許多PWM變換器，并已被證明是在設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定環(huán)的有用工具。然而，由于狀態(tài)空間平均方法利用像電感內(nèi)的電流信號(hào)和所述電容器兩端的電壓的參數(shù)，推導(dǎo)工作必須重做如果任何其它活性成分加入。這一特性使得國(guó)家空間平均法來(lái)反激式轉(zhuǎn)換器，第二級(jí)LC濾波模型不方便。

該P(yáng)WM開(kāi)關(guān)建模方法線性化開(kāi)關(guān)組件集成到一個(gè)小信號(hào)模型。 PWM開(kāi)關(guān)建?？梢詥?dòng)一旦電路看起來(lái)像圖2a。如圖2(a)中，反激式轉(zhuǎn)換器首先由通過(guò)阻抗反射反映其二次側(cè)到它的初級(jí)側(cè)配置到降壓 - 升壓。三端的PWM開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)(ACP終端;主動(dòng) - 共被動(dòng)端子)在降壓 - 升壓可以替換現(xiàn)有的線性化模型中任CCM或DCM(圖2(b))的操作條件。通過(guò)插入這些已經(jīng)衍生線性化模型，所述反激式轉(zhuǎn)換器的傳動(dòng)系的一個(gè)小信號(hào)模型準(zhǔn)備好用于尋找極(S)和零(或多個(gè))在一個(gè)封閉的循環(huán)。

反激式配置的圖像成降壓 - 升壓

圖2(a)：配置反激成降壓 - 升壓。

PWM開(kāi)關(guān)建模降壓 - 升壓型的圖像

圖2(b)：在降壓 - 升壓PWM開(kāi)關(guān)建模。

還有用平均開(kāi)關(guān)建模的方法反激式轉(zhuǎn)換兩種方式。一種方法是，以反映負(fù)載到初級(jí)側(cè)，然后用攝動(dòng)和線性化模型代替FET和二極管，因?yàn)槲覀儧](méi)有使用的PWM開(kāi)關(guān)。這種做法似乎不那么有吸引力，因?yàn)樗枰~外的努力，獲得了平均模型，而PWM開(kāi)關(guān)模型是現(xiàn)成的插件。建模的另一種方法是將平均模型直接推導(dǎo)出無(wú)阻抗反射。但是，使用這種方法得出的模型，比使用PWM開(kāi)關(guān)，這使得它不是一個(gè)很好的選擇建模反激式派生模型更加復(fù)雜。因此，PWM開(kāi)關(guān)建模是最有效的選擇用于建模的反激式轉(zhuǎn)換器，第二級(jí)LC濾波器。相比，更直接的PWM開(kāi)關(guān)的方法，這兩種平均開(kāi)關(guān)的方法需要更多的步驟或多個(gè)并發(fā)癥找到小信號(hào)模型，找到極(S)和零(ES)為回掃。

阻抗反思描述為反激式PWM開(kāi)關(guān)模式

使用PWM開(kāi)關(guān)的方法來(lái)分析由一第二階段LC輸出濾波器引入的穩(wěn)定性和輸出的設(shè)定點(diǎn)容差的問(wèn)題，需要做的阻抗反射，以簡(jiǎn)化的輸入輸出模型。為了分析一個(gè)反激變換器的小信號(hào)模型，通過(guò)反映在二次側(cè)的負(fù)荷，濾波帽(阻抗)到初級(jí)側(cè)開(kāi)始。

反激式轉(zhuǎn)換器，多路輸出的圖像

圖3：反激式轉(zhuǎn)換器，多路輸出。

圖3示出一個(gè)簡(jiǎn)化的反激轉(zhuǎn)換器具有三個(gè)輸出。隨著反射阻抗，反激式轉(zhuǎn)換器變成一個(gè)降壓 - 升壓型轉(zhuǎn)換器。 Z1，Z2和Z3為輸出阻抗為三個(gè)輸出，分別與可以計(jì)算如下：

方程1-3

回顧用于反激轉(zhuǎn)換器的基本操作，能量被當(dāng)主開(kāi)關(guān)M1被關(guān)斷傳輸。初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間的鏈路是磁芯內(nèi)的磁通。這示于圖4。

電流流動(dòng)的圖像時(shí)開(kāi)關(guān)M1導(dǎo)

圖4：電流流入時(shí)開(kāi)關(guān)M1開(kāi)啟。

如圖4(a)中，用于與開(kāi)關(guān)M1上的單個(gè)輸出的配置，電流Ip流過(guò)初級(jí)側(cè)繞組的磁通Φ增大。由于二極管被反向偏置，無(wú)電流流經(jīng)次級(jí)側(cè)繞組。當(dāng)開(kāi)關(guān)M1被關(guān)斷，如圖2(b)中，以保持磁通保持不變，二極管是現(xiàn)在正偏和導(dǎo)通。然后，以下公式適用：

方程4-9

基于等式(9)，每個(gè)輸出的輸出阻抗可以通過(guò)乘以一個(gè)系數(shù)和并行地反映到初級(jí)側(cè)。與反射的阻抗，一個(gè)反激式轉(zhuǎn)換器變成一個(gè)降壓升壓轉(zhuǎn)換器。甲反激式轉(zhuǎn)換器，乘法輸出可以簡(jiǎn)化成降壓 - 升壓與幾個(gè)負(fù)載并聯(lián)，如圖5。

簡(jiǎn)化的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器的圖像的并行乘載

圖5：簡(jiǎn)化的降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)乘法負(fù)荷。[!--empirenews.page--]

與負(fù)載從次級(jí)側(cè)到初級(jí)側(cè)的反射，反激式轉(zhuǎn)換器可以被分析為降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器。這種做法可以極大地緩解了其第二級(jí)LC濾波器用于在每個(gè)輸出降低輸出電壓紋波的應(yīng)用程序的分析工作。

傳遞函數(shù)導(dǎo)出為反激式PWM開(kāi)關(guān)模式

使用PWM開(kāi)關(guān)的方法來(lái)分析由一第二階段LC輸出濾波器引入的穩(wěn)定性和輸出的設(shè)定點(diǎn)容差問(wèn)題，阻抗反射簡(jiǎn)化了輸入到輸出的模型到降壓 - 升壓(圖5)。與反射阻抗簡(jiǎn)化以上表明，一個(gè)反激式轉(zhuǎn)換器變?yōu)榻祲?- 升壓轉(zhuǎn)換器，用于下一步驟。這種簡(jiǎn)化可以大大緩解對(duì)于其中的第二級(jí)LC濾波器用于每個(gè)輸出端的應(yīng)用程序的分析工作

由于降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器工作在CCM和DCM根據(jù)負(fù)載的條件下，有用于在CCM和DCM中，分別的開(kāi)關(guān)2不同的PWM開(kāi)關(guān)的模型。圖6示出在CCM中所述的PWM開(kāi)關(guān)，同時(shí)圖7表示在DCM PWM的開(kāi)關(guān)。

在CCM PWM開(kāi)關(guān)的圖像

圖6：CCM PWM開(kāi)關(guān)。

在DCM PWM開(kāi)關(guān)的圖像

圖7：在DCM中的PWM開(kāi)關(guān)。

相應(yīng)的PWM開(kāi)關(guān)模型可以與所述降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)轉(zhuǎn)換器的操作模式(多個(gè))相結(jié)合。圖8示出在變換器與PWM開(kāi)關(guān)而轉(zhuǎn)換器運(yùn)行在CCM而圖9示出了在轉(zhuǎn)換器將PWM開(kāi)關(guān)而轉(zhuǎn)換器在DCM運(yùn)行。

PWM開(kāi)關(guān)的降壓 - 升壓在CCM圖片

圖8：降壓 - 升壓型PWM開(kāi)關(guān)CCM。

PWM開(kāi)關(guān)的降壓 - 升壓型的DCM圖片

圖9：在降壓 - 升壓的PWM開(kāi)關(guān)DCM中。

與組合的PWM開(kāi)關(guān)和降壓 - 升壓模式，如圖8和圖9，導(dǎo)出所述降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器的功率級(jí)的傳遞函數(shù)被簡(jiǎn)化。

為了說(shuō)明建模過(guò)程中，圖10描繪如下所示。

反激變換器采用第二級(jí)LC濾波器，控制電路，圖像

圖10：使用第二級(jí)LC濾波器，控制電路，反激式轉(zhuǎn)換器。

與插入的PWM開(kāi)關(guān)的模型電路示于圖11和圖12。

反激式變換器與二次側(cè)部件的圖像反射到在CCM初級(jí)側(cè)

圖11：反激式轉(zhuǎn)換器，次級(jí)側(cè)部件反射到在CCM初級(jí)側(cè)。

反激式變換器與二次側(cè)部件的圖像反射到在DCM初級(jí)側(cè)

圖12：反激式轉(zhuǎn)換器，次級(jí)側(cè)部件反射到在DCM初級(jí)側(cè)。

方程10-13

從控制輸出電壓的傳遞函數(shù)可以概括為(13)中。在(13)中指定的方程，設(shè)計(jì)者可以優(yōu)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸出調(diào)節(jié)，以使最佳的性能可以通過(guò)使用第二級(jí)LC濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

快速創(chuàng)建反激式使用飛兆半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)工具在幾分鐘內(nèi)第二階段的輸出濾波器的設(shè)計(jì)，然后保存您的設(shè)計(jì)以供將來(lái)參考。微調(diào)您的設(shè)計(jì)參數(shù)，而替補(bǔ)席上的原型，交換組件選擇，并進(jìn)行詳細(xì)的模擬和分析。反激/控制器，集成MOSFET的設(shè)計(jì)工具是列出的第五工具。

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參考

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