电源中的升压转换器波形
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可调直流电源通常与一个开关转换器一起工作，该转换器提供一些具有明显纹波的稳定输出电压。如果您将开关转换器集成到 PCB 中，则输出将包含一些开关噪声。电源中有几个部分很难在板载升压转换器中实现，当在示波器上查看波形时，输出中的噪声可能非常强。 升压转换器波形包括两部分：标称（平均）直流输出和由开关波形产生的噪声，表现为标称直流值周围的纹波。这是升压转换器连续模式下输出电压/电流的基本形式。还需要考虑不连续模式，其中转换器由于占空比不足和 R/L 上升率而失控。使用正确的仿真工具集，设计人员可以从升压转换器波形仿真中识别操作模式，并使用确保稳定供电的组件值进行试验。 升压转换器波形 升压转换器的输出波形取决于转换器的工作模式。任何开关稳压器都有两种可能的工作模式：连续工作模式和非连续工作模式。每种模式下的升压转换器波形会有所不同，可以通过查看电感电流来完全识别。查看输出电流时要小心，因为当存在电抗（高容性）组件时，复杂的负载网络中可能会有一些补偿。 如果您对稳压器电路执行瞬态分析仿真，或者如果您从示波器收集测量值，您将能够识别转换器的工作模式。 连续导通模式 连续导通模式是任何开关稳压器最简单的操作模式。在这种模式下，电感中的电流以及输出电流在开关期间永远不会降至零。虽然它会在切换过程中表现出一些振荡。这是因为开关元件激活时转换器的上升/下降时间很长，所以输出电流可以通过放电电容来维持。这可以看作是一种带有一些附加噪声的伪稳态运行模式。这种噪声的RMS 测量或功率谱测量可用于确定产生稳定直流电源所需的滤波水平。 最重要的波形是第二个波形（电感电流）。在这个波形中，我们可以清楚地看到标称电流上存在的纹波。输出电压和电流波形将与此类似，具体取决于负载网络中的无功阻抗水平。 然后通过调整 PWM 驱动器的占空比来调制传递给负载的功率，这也将修改波形。例如，通过降低占空比 (D)，电流波形的上升时间将更短，而 (1 - D) 间隔期间的下降时间将增加。如果占空比对于所需的调节水平太低，电感电流波形最终将降至零，转换器将在不连续导通模式下运行。 非连续导通模式 一旦处于不连续导通模式，波形将是一个不连续函数，并且将具有零输出电流的周期。这可以用一个大的输出电容器来平滑，但纹波可能大到无法接受，并且设计将具有低功率因数。此外，这些设计往往会在电感波形的下降沿出现一些瞬态振铃，因为系统不再被周期性驱动，从而导致输出电流波形上出现大的欠阻尼振荡。 通常，不会进入此状态，因为占空比突然变得太短。比较这些模式的正确方法是将纹波电流与标称输入电流进行比较。
连续导通模式 (CCM) 和非连续导通模式 (DCM) 下的纹波电流调节 这也可能由于设计中的无意错误而发生，其中电感器做得太小，因此转换器中的下降时间对于给定的占空比来说太短了。当电路设计人员犯了这个错误时，他们往往会发现仅仅通过增加占空比是无法重新进入连续导通模式的；电感的下降时间太短了。此外，增加占空比会改变输出电压，可能无法达到所需的输出。 有四种可能的解决方案可以让设计重新进入连续导通模式，而无需改变占空比： 使用更大的电感（意味着更大的电感，不一定物理上更大）；这具有直接降低输出电压纹波的额外好处。使用更大的电容再次减缓电感电流波形的上升时间；这具有提供额外噪声过滤的额外好处。在滤波电容上加一个很小的电阻来减慢上升时间。在某些情况下，这可能小到几欧姆。增加开关频率，因此尽管在不连续的升压转换器波形中关断时间较长，但开关会更频繁地发生。第 1 点和第 2 点在具有低调或小外形尺寸的设计中可能会令人望而却步。有趣的是，第 4 点可以消除对第 1 点和第 2 点的需求，这是现代数字和无线系统的电源设计以高 kHz 或 MHz 开关频率运行而更简单的 DC 设计继续以低 ( ~100 kHz) 频率。 |
