Główną rzeczą, której Ci brakuje, jest to, że to, co jest wkładane do filtra LC, niekoniecznie zawsze jest falą prostokątną. Dzieje się tak, gdy konwerter buck jest w trybie ciągłym , ale jeśli nie wiesz, że zawsze tak jest, nie możesz założyć, że wejście fali prostokątnej do filtra jest takie, jak jesteś.

W trybie ciągłym napięcie wyjściowe jest idealnie równe napięciu wejściowemu pomnożonemu przez cykl pracy. Jednak w prawdziwym świecie nie jest to takie proste. Nawet jeśli napięcie wejściowe pozostaje stałe, należy wziąć pod uwagę rezystancję DC cewki indukcyjnej, napięcie na przełączniku i napięcie na diodzie z masy podczas niskiego czasu impulsu.

To ostatnie można złagodzić przez prostowanie synchroniczne, ale to też nie jest doskonałe. Przynajmniej występuje spadek napięcia na tym, co jest używane jako synchroniczny przełącznik prostownika. Synchroniczny czas rektyfikacji jest również zwykle konserwatywny, co oznacza, że ​​błądzi po stronie pozostawania na trochę za krótko, a nie za długo. Koszt wcześniejszego wyłączenia to większy spadek napięcia na końcu części impulsu typu flyback. Jednak koszt zbyt późnego włączenia jest błyskawiczny, co gwałtownie zmniejsza wydajność i grozi uszkodzeniem części.

Widziałem zasilacze z wstępną regulacją, które były przełącznikami buck o stałym cyklu pracy. W jednym przypadku użyto go do obniżenia napięcia dystrybucyjnego 48 V do przybliżonego poziomu 12 V, które było rozprowadzane lokalnie i obniżane do końcowego regulowanego napięcia przez inne zasilacze. Nie miało znaczenia, czy 12 V trochę się zmieniło.

Zasilacz ogólnego przeznaczenia musi być również zaprojektowany do obsługi niskiego obciążenia. Poniżej pewnego obciążenia dla dowolnej częstotliwości przełączania przełącznik buck nie może utrzymać trybu ciągłego. Niektóre dostawy OEM po prostu stwierdzają, że wymagane jest minimalne obciążenie.

Bardziej ogólne materiały eksploatacyjne wracają do trybu nieciągłego.W takim przypadku założenie stałej fali prostokątnej zawodzi.Tak naprawdę cykl składa się z 3 części.Na początku wejście do filtra LC jest aktywnie napędzane w stan wysoki.Kiedy to się zatrzymuje, rozpoczyna się część flyback, która aktywnie obniża wejście.Następnie jest trzecia faza w trybie nieciągłym, w której rozpatruje się wejście skutecznie o wysokiej impedancji.Funkcja cyklu pracy do napięcia wyjściowego nie jest już liniowa.

Przetwornik buck rzeczywiście można wizualizować jako niskoimpedancyjny generator fali prostokątnej zasilający filtr dolnoprzepustowy, łączący cewkę \ $ L \ $ i kondensator \ $ C \ $. Jednak, jak możesz sobie wyobrazić, kiedy wyłącznik zasilania zamyka się, \ $ V_ {in} \ $ nie jest wartością zastosowaną do zacisku cewki po lewej stronie. Źródło wejściowe podlega spadkowi napięcia właściwemu dla wyłącznika zasilania \ $ r_ {DS (on)} \ $ i strat rezystancyjnych cewki indukcyjnej \ $ r_L \ $. W rezultacie napięcie cewki indukcyjnej w stanie włączenia nie jest \ $ V_ {in} -V_ {out} \ $, ale mniejsze niż to, jak pokazano na rysunku po lewej stronie:

W czasie wyłączenia, w trybie ciągłego przewodzenia lub CCM, lewy zacisk cewki indukcyjnej nie spada do 0 V, ale do spadku diody do przodu, co zmusza węzeł do wychylenia się pod ziemią. Dlatego, kiedy zastosujesz prawo równowagi wolt-sekunda dla cewki indukcyjnej, zdasz sobie sprawę, że wzór na pełne napięcie wyjściowe, w tym te straty, różni się od prostego w CCM, \ $ V_ {out} = DV_ {in} \ $. Możesz dodatkowo skomplikować to wyrażenie, włączając czas powrotu diody oraz straty przy włączaniu i wyłączaniu przełącznika.

Praktycznie rzecz biorąc, jak powiedziałeś, przetwornica buck z układem CCM z 0 pasożytami i działająca przy stałym napięciu wejściowym nie potrzebowałaby pętli do utrzymania wyjściowego punktu pracy. Jednak, jak widać, kilka elementów pasożytniczych wpływa na funkcję przenoszenia prądu stałego, a pętla sterowania musi korygować napięcie sterujące, zmuszając napięcie wyjściowe do osiągnięcia wartości docelowej. Rezystancja obciążenia wpłynie na częstotliwość narożną, ale w rzeczywistości bardzo nieznacznie, obejmując \ $ r_L \ $ i \ $ r_C \ $. Pętla jest po to, aby naprawdę uodpornić regulator (nastawa jest stała) na zewnętrzne zakłócenia, takie jak napięcie wejściowe i prąd wyjściowy. Zobacz poniższe zdjęcie:

Widzisz wpływ pętli na kilka parametrów:

• napięcie wyjściowe: oczywiście chcesz precyzyjnie regulowanego \ $ V_ {out} \ $, więc potrzebujesz wzmocnienia w pętli (brak wzmocnienia, brak systemu sterowania), aby a) zmniejszyć jak najbardziej błąd statyczny b) zapewnić szybko reagujący system na nagłe zapotrzebowanie na moc c) uczynić system odpornym na zewnętrzne zakłócenia.
• impedancja wyjściowa: jak widać, impedancja wyjściowa jest ograniczana przez wszystkie elementy pasożytnicze, takie jak \ $ r_ {DS (on)} \ $, straty omowe itp. przez impedancję wyjściową. Dlatego chcesz, aby ta impedancja miała wystarczająco niską wartość, aby zapewnić spadek mocy wyjściowej, gdy zmienia się prąd obciążenia, pozostaje rozsądny. Wzmocnienie pętli będzie działać w celu zmniejszenia impedancji wyjściowej za pomocą funkcji czułości \ $ S = \ frac {1} {1 + T (s)} \ $, gdzie \ $ T \ $ jest wzmocnieniem pętli.
• to samo dla innych zaburzeń, \ $ V_ {in} \ $. Gdy masz \ $ V_ {out} = DV_ {in} \ $, możesz zobaczyć, że jeśli rozróżnisz \ $ V_ {out} (V_ {in}) \ $ w odniesieniu do \ $ V_ {in} \ $ otrzymasz \ $ D \ $. Oznacza to, że każda statyczna zmiana napięcia wejściowego będzie propagowana na wyjście przez \ $ D \ $. Niezbyt dobrze. Ponownie, dodanie pętli poprawi tłumienie napięcia wejściowego lub podatność na dźwięk dzięki funkcji czułości.

Zakładasz, że zasilacz impulsowy (SMPS) wykorzystuje modulację szerokości impulsu (PWM), aby przekazać średni poziom napięcia, a filtr LC usuwa część przełączającą, aby pozostawić to średnie napięcie.Jednak nie tak to działa.

Zasilacz impulsowy wykorzystuje PWM do przekazywania energii ze źródła w celu przechowywania jej na kondensatorze, dzięki czemu poziom napięcia na tym kondensatorze jest określony przez obwód sprzężenia zwrotnego.

Gdy zmienia się obciążenie i wymaga więcej lub mniej energii, SMPS zmienia szybkość przesyłania tej energii, aby utrzymać kondensator przy docelowym napięciu.Jeśli obciążenie zniknie całkowicie, PWM może się zatrzymać.

Jeśli obciążenie jest stałe, a zasilanie wejściowe jest również stałe, nastąpi pewna operacja PWM w stanie ustalonym, ale w rzeczywistości jest to dość rzadkie.Jeśli spróbujesz tego bez sprzężenia zwrotnego, JAKIEKOLWIEK różnica w obciążeniu lub źródle spowoduje, że napięcie wyjściowe będzie dryfować w jedną lub drugą stronę w czasie, ponieważ transfer energii będzie zbyt wysoki lub zbyt niski.

Powyższa odpowiedź jest naprawdę świetna. Dzięki.

Myślę, że jednym z powodów jest przejściowa reakcja między efektami nieidealności, jakie wywołują przełączniki i diody oraz DCM.Aby uzyskać szybką odpowiedź przejściową, musisz mieć wysoką częstotliwość przejścia, która zapewnia szybką odpowiedź.Ale filtr LC tak naprawdę przeciął 0dB przy kilku kHz.Zwykle chcesz, aby częstotliwość zwrotnicy była jak najwyższa, ale nie może przekraczać połowy częstotliwości przełączania w stosunku do szybkości Nyquista.Potrzebujesz więc sprzężenia zwrotnego, które da ci pewne wzmocnienie, abyś mógł sprawić, że częstotliwość zwrotnicy będzie wynosić około stu kilku kHz.

Gdyby zaprojektować przełącznik trybu buck z przełącznikami synchronicznymi, a nie diodami, i gdyby przełączniki mogły przenosić prąd w obu kierunkach, wówczas zasilacz przenosiłby moc z nasadki zasilającej do nasadki obciążenia, gdy jego napięcie wyjściowe jest mniejsze niż połowę napięcia wejściowego i od ograniczenia obciążenia do ograniczenia zasilania, gdy jest większe, uzyskując w ten sposób nieco niechlujną (ale być może użyteczną) regulację. Jeśli nic nie pobiera prądu z limitu obciążenia, wówczas system z obciążeniem 50% ustabilizowałby się w kierunku trybu, który:

1. Doprowadzaj prąd z ogranicznika obciążenia do ogranicznika zasilania przez pierwszy kwartał każdego cyklu, wykorzystując energię zmagazynowaną w cewce indukcyjnej do napędzania prądu przeciw różnicy potencjałów.

2. Doprowadź prąd z korka zasilania do nasadki obciążenia w następnym kwartale, jednocześnie ładując cewkę indukcyjną energią z różnicy potencjałów.

3. Kontynuuj doprowadzanie prądu do nasadki obciążenia (przy odłączonym zasilaniu) przez następny kwartał, wykorzystując energię zgromadzoną w cewce.

4. Pobieraj prąd z ogranicznika obciążenia (ponownie przy odłączonym zasilaniu) w ciągu ostatniego kwartału, przechowując tę ​​energię w cewce.

Gdyby wszystkie przełączniki mogły działać w obu kierunkach, system działałby stabilnie w tym wzorze. Jeśli jednak jeden lub oba przełączniki mogą działać tylko w jednym kierunku, każda energia przekazywana do cewki indukcyjnej ze źródła musiałaby albo zostać przeniesiona do nasadki obciążenia, albo gdzieś rozproszyć w postaci ciepła. Ilość energii, jaką cewka otrzyma ze źródła w cyklu włączania będzie zależeć od tego, ile prądu przepływało przez niego początkowo, ale jeśli prąd początkowy nie może być ujemny, energia otrzymana w cyklu włączenia będzie miała nietrywialne minimum. Jeśli nie ma dokąd pójść ta energia, czas „włączenia” musi zostać skrócony.