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直流变换电源的一些设计
北京沃仕隆工业测控技术有限公司
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直流变换电源容性负载带载能力是怎样的呢,直流变换电源容性负载带载能力的设计是如何?其实根据客户的需求不同直流变换电源容性负载带载能力的设计也不一样,这就要看看客户的需求是怎样的了,如果都不按照客户的要求来设计直流变换电源容性负载带载能力那么也是无用的正因为有需求才有产品凡是商品都要与顾客需求为根本直流变换电源容性负载带载能力也不例外下面就介绍一下直流变换电源容性负载带载能力的设计:

在直流变换中,有时会要求电源输出端有较强的容性负载带载能力,在直流变换开关电源设计过程中需要对电源负载带载能力进行精心设计,满足客户要求。
  在DC/DC开关电源的应用中,输出负载端外接电容能起到滤波、抑制干扰的作用,在某些大容性负载动态跳变的设备中,要求电源输出端有快速响应,这就要求开关电源有较强的带容性负载的能力,并且有好的稳定性能。在开关电源的设计过程中,要充分理解并实现客户负载使用的特殊要求,必须分析开关电源容性负载能力的两种不同状态要求。
  1 容性负载的要求
  开关电源的基本特性中,一般并没有对容性负载能力做出严格的规范。一般电源都可带相当容性的负载,但考虑到电源的过流保护能力,尤其是输出短路保护,容性负载能力不可能太大,否则保护能力变差。对于多路输出的模块所带容性负载,其分配原则是电容的存储总能量不能超过0.25J,包括主路的电容存储能量与辅助电路的存储能量的总和(1/2∑CU2)。依此计算,在设计中最大容性负载的选取如见表l(电路和输出功率不同的模块的最大容性负载会各不相同,实际选用和使用时需要参照相关给定的技术参数手册)在实际设计和应用中,开关电源输出容性负载能力由以下两种要求来调试和测试:
 1)电源稳定工作,仅负载由空载到满载跳变,输出电压稳定
  当模块正常工作时,DC/DC开关电源可以等效为电压源,其输出等效电路图和简化后的等。其中,U是输出电压,RS是等效内阻,RL是输出负载电阻,C是输出电容,
 
  可认为开关S闭合前电容电压UC为零,由式(1)可得
[ 由上述计算,可以看出电容电压VC是按指数规律不断上升,要使输出电压更快更稳定的建立,电源输出内阻要小,一般通过高增益、快速响应的输出稳压反馈环路,可以实现性能的改善和提高。
  但由于存在开关电源输出电感的储能,电压反馈和前端峰值电流控制的作用,电容电压并不完全是由零开始上升的指数波形,
  输出电压的稳定过程中,一方面由输出滤波电感的储能来逐步补充,另一方面由反馈环控制电路原边快速输出更大功率。输出电感的取值一般由电流纹波系数λ和电源的空载特性来确定,为了避免容性跳变输出电压过大的下冲,使控制电路达到极限,电感的取值要大于λ的理论值计算所得数值,但同时也要考虑输出失载时的电压上冲幅度,所以输出电感也不能太大,大的电感一般不易制作、成本较高,所以电感的实际取值可以用实验的方法得到。图4给出了输出电感Lout不同取值时,容性负载突变时输出电感电流的跳变波形和最大的容性负载能力。
  由实验得出输出电感大的模块带的容性负载大,电感储能有助于输出电压的稳定,限流保护电路工作时间短,但响应时间会相应长一些。
  2)模块带输出电容启动,输出电压稳定
  当开关电源模块带大电容启动时,需对电容迅速充电,以维持输出电压稳定,启动瞬间会产生一个大的电流。启动过程中大电流持续时间太长,模块控制芯片的保护功能就会达到极限,会出现启动不良现象即输出电压不能正常建立;另外,容性负载的大小直接影响输出电压的上升时间,在有严格输出电压上升时间要求的环境中就会出现应用故障。一般自馈电源的输出电压和供电电压是正比关系,在输出达到正常电压之前,芯片VCC无法满足供电要求。因此启动电路的供电方式和VCC电容的储能也是决定容性负载能力的重要因素。
  2 提高开关电源容性负载能力的方法
  如果辅助电源是独立电源,可以用开关电源软启动的方法使输出电压缓慢建立。对自馈供电来说,软启动时间长就难以启动,这时要增加VCC电容容量。VCC容量大,对单独依靠芯片内部电流环起短路保护的模块会有影响,因此必须在容性负载和过流(及短路保护)之间找一下平衡点。
  适当使限流电阻取值减小,相当于提高电源的输出功率,用于增加启动过程中提供给输出端负载能量。调节反馈环路参数,使运放光耦等集成元件退饱和速度加快,可以解决容性负载跳变时OVERSHOOT严重的问题,即提高了开关电源的稳定性能。
  3 容性负载能力的应用和总结
  容性负载的需求大小与应用环境密切相关,容性负载能力是基于短路性能、过载保护能力之间的平衡选择。在具有特殊规格要求的模块设计中,一定要对上述参数进行优化调试,做到最优设计,满足特定的开关电源应用要求。
 

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