Kleinsignalmodell des Sperrwandlers

Die Steuerungs-zu-Ausgangs-Übertragungsfunktion dieses Wandlers kann erhalten werden, indem erkannt wird, dass der Sperrwandler eine isolierte Buck-Boost-Struktur ist. Sie können den Buck-Boost mit verschiedenen Ansätzen wie State-Space-Averaging (SSA), strominjizierter Steuerung und dem PWM-Schaltermodell (um nur die beliebtesten Optionen zu nennen) analysieren. Letzteres ist der einfachste Ansatz, den Sie sich vorstellen können. Es geht davon aus, dass die Nichtlinearität im Schaltkreis von der Schaltzelle herrührt, die aus dem Leistungsschalter und der Freilaufdiode besteht. Vatché Vorpérian, der 1986 auf die Idee kam, betrachtete die Schaltzelle allein, während er die restlichen linearen Elemente (L und C) unberührt ließ. Sie können also den isolierten Buck-Boost-Wandler analysieren, indem Sie die Schaltzelle durch das linearisierte PWM-Schaltermodell ersetzen und die passiven Elemente unverändert lassen.$\pi$Modell in einer bipolaren Schaltung Dies ist der einfachste und schnellste Ansatz. Davon abgesehen, ohne jedes Modell, wenn Sie die DC-Übertragungsfunktion dieses Sperrwandlers als betrachten

$V_{out}=V_{in}\frac{ND}{1-D}$

dann ist die quasi-statische Verstärkung (Steuerung zum Ausgang) dieses Wandlers einfach

$H_0=\frac{dV_{out}(D)}{dD}=\frac{NV_{in}}{(1-D)^2}$

Schauen Sie sich diese PPT an, sie führt Sie Schritt für Schritt durch den Prozess der Bestimmung der Übertragungsfunktionen von Schaltwandlern:

http://cbasso.pagesperso-orange.fr/Downloads/PPTs/Chris%20Basso%20APEC%20seminar%202013.pdf

Viel Glück!

• Sie analysieren eine gekoppelte Drossel, weder einen Transformator noch eine 2-Port-Schaltung mit linearer Übertragungsfunktion.

Die Primärkurven,$Np$werden ausgewählt, um die AC-Spannungsbelastung (Voltsekunden) und die Kern-AC-Sättigungseigenschaften zu erfüllen:

$\frac{V\:T\:}{B\:Ae}=Np$

• Np ist die minimale Primärwindung
• V ist die maximale primäre Gleichspannung (Volt)
• T ist die maximale „Ein“-Periode für Q1 (Mikrosekunden) B ist der AC-pp-Flusshub (Tesla), typischerweise 200 mT für Ferrit
• Ae ist die effektive Mittelpolfläche des Kerns (mm2)

Energie in der Primärspule wird während des "Aus"-Zustands des Rücklaufbetriebs auf die Sekundärspule übertragen.

$E = \frac{1}2LI^{2}$(Joule)

$V_{L} = (V_{i}-V_{o})D-V_{o}$

• dann modulierendes Tastverhältnis,$D$mit Signal$\delta$Wechselspannung zu bekommen$v_L$An$L$

• $v_L = (V_i+V_o)\delta - V_o(1-D)\; ≈ (V_i+V_o)\delta \;$

• $i_L = \frac {v_L}{j\omega L} = -j \frac{V_i+V_o}{\omega L}\delta$

• während des "Aus"-Zustands$I_o=I_L (1-D)$dann Differenzieren des Wechselstroms mit resultierendem$i_L$gleichphasig und 180' phasenverschoben mit$\delta$

• $i_o=-j\frac{(V_i+V_o)(1-D)}{\omega L}\delta -I_L\delta =-j \frac{V_i}{\omega L}\delta -I_Ld$

• Der RHP Zero wird$\omega_z=\frac{V_i}{LI_L}=\frac{R_oV_i^2}{LV_o(V_i+V_o)}$

Durch die Verwendung von Primärstromerfassung und Stromregelschleife verbessert sich die Stabilität erheblich.

• Ich möchte das Obige von einem der besten SMPS-Designer würdigen, mit denen ich in meinem früheren Leben als Test Eng Mgr bei Burroughs kurz zusammengearbeitet habe. (Mitte der 80er Jahre)

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„Beim Strom ist die unmittelbare Wirkung des Versuchs, den Strom zu erhöhen, eine kurzfristige Abnahme des Ausgangsstroms. (Dies ist eine vorübergehende Phasenverschiebung von 180 ° zwischen Ursache und Wirkung). Diese kurze vorübergehende Phasenverschiebung ist die Ursache des Rechts -Half-Plane-Zero in der Übertragungsfunktion. Dies ist ein nicht kompensierbarer dynamischer Effekt und zwingt den Konstrukteur, einen sehr niederfrequenten Abfall in der Regelschleife bereitzustellen, um die Stabilität aufrechtzuerhalten. Daher ist die Übergangsleistung nicht gut. Die Rücklaufkurve Wandler im kontinuierlichen Modus hat eine Boost-ähnliche Wandlercharakteristik, und jeder Wandler oder jede Kombination von Wandlern, die eine Boost-Charakteristik haben, wird das Problem der Nullung der rechten Hälfte der Ebene haben.

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„Das Merkmal, das es für hohe Ausgangsspannungen wertvoll macht, ist, dass es keine Ausgangsinduktivität benötigt. In den oben diskutierten Durchflusswandlern werden Ausgangsinduktivitäten bei hohen Ausgangsspannungen zu einem lästigen Problem, da sie große Spannungen aushalten müssen Spannungsfreilaufdiode ist auch ein Plus für den Flyback in Hochspannungsversorgungen.“

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„Ein weiterer Vorteil für Hochspannungsanwendungen besteht darin, dass mit relativ weniger Transformatorwindungen relativ große Spannungen erzielt werden können.“ . „Der diskontinuierliche Modus mit einer inhärent kleineren Transformatormagnetisierungsinduktivität reagiert schneller und mit einer niedrigeren transienten Ausgangsspannungsspitze auf schnelle Änderungen des Ausgangslaststroms oder der Eingangsspannung. Zweitens aufgrund einer einzigartigen Eigenschaft des kontinuierlichen Modus (seine Übertragungsfunktion hat eine Null auf der rechten Hälfte der Ebene, was die Stabilisierung der Rückkopplungsschleife beeinflusst), muss die Bandbreite des Fehlerverstärkers drastisch reduziert werden, um die Rückkopplungsschleife zu stabilisieren.

„Oft sind die Auswirkungen des Layouts, der Streuinduktivität, des Ausgangskondensator-ESR und der Schaltungsverluste unbekannt. Daher kann es sinnvoller sein, den Rippelstrom im Prototypengerät zu messen und festzustellen, oder (falls dies zuvor der Fall war berechnet) bestätigen Sie die endgültigen RMS-Werte mit CTs und echten RMS-Messgeräten.

Keith Billings , Präsident von DKB Power Inc. und technischer Konstruktionsberater, verfügt über mehr als 46 Jahre Erfahrung in der Konstruktion von Schaltnetzteilen. Er ist Chartered Electronics Engineer und Vollmitglied der ehemaligen britischen Institution of Electrical Engineers (jetzt Institution of Engineering and Technology).

• dh es wird oszillieren, es sei denn, die Schleifenbandbreite wird drastisch reduziert.
• Vermeiden Sie Sättigung und Flusswanderung oder -drift innerhalb der BH-Schleife für CCM.

Beim CCM-Betrieb müssen die Primär- und Sekundärströme wie folgt miteinander in Beziehung stehen: -

Bildquelle

Das Bild ist für einen 1:1-Übertrager, der bei 400 kHz läuft. Der Primärstrom muss mit einer Rate ansteigen, die von der Primärinduktivität und der angelegten Spannung (Vin/Lp) bestimmt wird, und der Sekundärstrom muss mit einer Rate fallen, die von der Sekundärspannung und der Sekundärinduktivität (Vout/Ls) bestimmt wird.

Der durchschnittliche Strom wird durch die durchschnittliche Leistung bestimmt, die von der ohmschen Last verbraucht wird.

Aus dem Bild (und unter der Annahme, dass der Lastwiderstand CCM garantiert) ist es ein einfacher Fall, zu erkennen, dass D (der Arbeitszyklus), Vin und Vout zusammenhängen durch: -

$$\dfrac{Vout}{Vin} = \dfrac{D}{1-D}$$

Wenn der Rücklauftransformator ein Abwärtstransformator (N:1) ist, lautet die Formel: -

$$\dfrac{Vout}{Vin} = \dfrac{1}{N}\cdot\dfrac{D}{1-D}$$

Bild: -

Die Ableitung ist nur grundlegende Trigonometrie und das Verständnis dafür$V=L\dfrac{di}{dt}$.