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【討論】關(guān)于《精通開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)》一書(shū)中的疑點(diǎn),希望大家發(fā)表下意見(jiàn)。

此書(shū)很是經(jīng)典,但似乎有些地方說(shuō)的不清不楚的。

  2.15.2     確定r需考慮的連續(xù)導(dǎo)電模式

現(xiàn)提出一個(gè)問(wèn)題,希望大家討論:

      

文中提出,在占空比D=0.33時(shí),電流紋波率 r 達(dá)到最大值,問(wèn)題就在這。

我們知道 r= x*D*(1-D),其中x為常數(shù),欲求得r的最大值,只需對(duì)式r= x*D*(1-D)求導(dǎo),即 r'=x*(1-2D),

令 r'=0,即得,D=0.5,這說(shuō)明當(dāng)D=0.5時(shí),電流紋波率 r取得最大值,這跟書(shū)中提到的D=0.33相距甚遠(yuǎn)。

將實(shí)數(shù)帶入得出的結(jié)果也是D=0.5時(shí)得到的電流紋波率 r比D=0.33時(shí)的大,

敢問(wèn)各位大俠這是為何?

后續(xù)我會(huì)陸續(xù)在看此書(shū)時(shí)遇到的問(wèn)題在此帖中提出與各位討論,希望大家支持。

全部回復(fù)(49)
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mjun
LV.7
2
2011-09-05 08:17

難道論壇里沒(méi)人看這本書(shū)?

看來(lái)只有自己頂了!

1、開(kāi)關(guān)電源高效的原因:使用了開(kāi)關(guān),還有就是電容和電感的有效共同使用。

2、環(huán)路穩(wěn)定是指在網(wǎng)壓和負(fù)載突變時(shí)能夠快速調(diào)整輸出而不產(chǎn)生過(guò)大的振蕩和瞬態(tài)的擾動(dòng)。

3、降低開(kāi)關(guān)頻率有利于提高效率。

4、選擇較高開(kāi)關(guān)頻率的首要原因僅是使變換器能在超過(guò)人的聽(tīng)覺(jué)范圍的頻率上工作,另一個(gè)原因則是最大程度減小電源中器件的體積。

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yousuoqiu
LV.2
3
2011-09-05 11:06

工作于CCM還是DCM模式主要看電感L的參數(shù),書(shū)中原式應(yīng)為L(zhǎng)=(...)/(I*rf),當(dāng)D=0.33時(shí),選得最小電感,使得在一定的條件下工作在CCM模式。

r=2為CCM與DCM的臨界點(diǎn),如果工作在DCM模式,當(dāng)然r值會(huì)越來(lái)越大了。

目標(biāo)函數(shù)為電感L,而不是r。

以上只是本人一點(diǎn)看法。。。

 

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mjun
LV.7
4
2011-09-05 11:33
@yousuoqiu
工作于CCM還是DCM模式主要看電感L的參數(shù),書(shū)中原式應(yīng)為L(zhǎng)=(...)/(I*rf),當(dāng)D=0.33時(shí),選得最小電感,使得在一定的條件下工作在CCM模式。r=2為CCM與DCM的臨界點(diǎn),如果工作在DCM模式,當(dāng)然r值會(huì)越來(lái)越大了。目標(biāo)函數(shù)為電感L,而不是r。以上只是本人一點(diǎn)看法。。。 

兄臺(tái)的意思是:為確保變換器工作于CCM模式下選擇電感體積最小時(shí)的最大電流紋波率 r ,前提是變換器工作于CCM模式。

也就是說(shuō)電流紋波率 r 取得最大值的點(diǎn)為D=0.5,但此時(shí)變換器工作于DCM模式。

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2011-09-05 14:45
@mjun
兄臺(tái)的意思是:為確保變換器工作于CCM模式下選擇電感體積最小時(shí)的最大電流紋波率r,前提是變換器工作于CCM模式。也就是說(shuō)電流紋波率r取得最大值的點(diǎn)為D=0.5,但此時(shí)變換器工作于DCM模式。

一點(diǎn)要明白,你上面所導(dǎo)出r最大的D是在輸出電壓,輸出電流,感量視為固定值得出的。此時(shí)也只能說(shuō)明,r取得最大時(shí),對(duì)應(yīng)的輸入電壓的情況。

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mjun
LV.7
6
2011-09-05 15:09
@冰火連天
一點(diǎn)要明白,你上面所導(dǎo)出r最大的D是在輸出電壓,輸出電流,感量視為固定值得出的。此時(shí)也只能說(shuō)明,r取得最大時(shí),對(duì)應(yīng)的輸入電壓的情況。

恩,就是這個(gè)意思,謝謝兄臺(tái)提醒,我好像明白了許多,再次感謝!!

我再補(bǔ)充一下:這個(gè)問(wèn)題的如何確保Boost變換器工作于CCM模式。

眾所周知,當(dāng)電流紋波率r=2是,變換器工作于BCM模式,即為確保Boost變換器工作于CCM模式,則我們所取的電流紋波率r<2,然而為什么我們還不遺余力地取最大的電流紋波率r?這是因?yàn)殡娏骷y波率r于電感的體積成反比,為取得最為經(jīng)濟(jì)的電感,就必須增大電流紋波率r。

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omi_liang
LV.3
7
2011-09-05 15:18
@mjun
恩,就是這個(gè)意思,謝謝兄臺(tái)提醒,我好像明白了許多,再次感謝!![圖片]我再補(bǔ)充一下:這個(gè)問(wèn)題的如何確保Boost變換器工作于CCM模式。眾所周知,當(dāng)電流紋波率r=2是,變換器工作于BCM模式,即為確保Boost變換器工作于CCM模式,則我們所取的電流紋波率r
那書(shū)上不是有一條曲線的嗎,那里寫(xiě)的比較清楚,就是那個(gè)r和電感體積的曲線,曲線中有一個(gè)拐角,就是r=0.3-0.5,當(dāng)r再大,電感的體積變化量不大,因此也不至于盡量的加大r,我覺(jué)得應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況,在這附近挑選就可以了
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mjun
LV.7
8
2011-09-05 15:40
@omi_liang
那書(shū)上不是有一條曲線的嗎,那里寫(xiě)的比較清楚,就是那個(gè)r和電感體積的曲線,曲線中有一個(gè)拐角,就是r=0.3-0.5,當(dāng)r再大,電感的體積變化量不大,因此也不至于盡量的加大r,我覺(jué)得應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況,在這附近挑選就可以了
對(duì),書(shū)中描寫(xiě)的比較詳細(xì)??!
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mjun
LV.7
9
2011-09-05 15:57
@mjun
難道論壇里沒(méi)人看這本書(shū)?看來(lái)只有自己頂了!1、開(kāi)關(guān)電源高效的原因:使用了開(kāi)關(guān),還有就是電容和電感的有效共同使用。2、環(huán)路穩(wěn)定是指在網(wǎng)壓和負(fù)載突變時(shí)能夠快速調(diào)整輸出而不產(chǎn)生過(guò)大的振蕩和瞬態(tài)的擾動(dòng)。3、降低開(kāi)關(guān)頻率有利于提高效率。4、選擇較高開(kāi)關(guān)頻率的首要原因僅是使變換器能在超過(guò)人的聽(tīng)覺(jué)范圍的頻率上工作,另一個(gè)原因則是最大程度減小電源中器件的體積。

我繼續(xù):

5、選擇電感磁芯的能量處理能力至少要等于其需存儲(chǔ)能量,即1/2*L*Ipk*Ipk,否則電感就會(huì)飽和。

6、電流紋波率 r 超過(guò)0.4后,通過(guò)增加電流紋波率 r 來(lái)減少電感體積效果不明顯。

7、增加負(fù)載電流就需增大電感體積,但又需要減少電感量。因隨電感直流分量Idc增加,為維持電流紋波率 r 為一個(gè)最佳值,就需相應(yīng)比例地增加紋波電流。

8、消隱時(shí)間目的是避免導(dǎo)通轉(zhuǎn)換時(shí)的噪聲引起電流回路誤觸發(fā)。

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mjun
LV.7
10
2011-09-05 21:50

各位看官,我繼續(xù)提問(wèn):

2.14 電流限制的范圍和容限

 

書(shū)中有提到:變壓器體積完全取決于其最大值。

敢問(wèn)各位看官,書(shū)中是否要表達(dá)這樣一個(gè)意思:假如一個(gè)反激式電源,正常輸出電流為2A,前級(jí)的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置為輸出電流為4A時(shí)控制IC停機(jī),那么我必須根據(jù)輸出電流為4A時(shí)來(lái)確定變壓器的能量處理能力,即由此來(lái)決定變壓器磁芯規(guī)格。這樣理解對(duì)否???

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mjun
LV.7
11
2011-09-06 08:26
@mjun
各位看官,我繼續(xù)提問(wèn):2.14電流限制的范圍和容限[圖片] 書(shū)中有提到:變壓器體積完全取決于其最大值。敢問(wèn)各位看官,書(shū)中是否要表達(dá)這樣一個(gè)意思:假如一個(gè)反激式電源,正常輸出電流為2A,前級(jí)的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置為輸出電流為4A時(shí)控制IC停機(jī),那么我必須根據(jù)輸出電流為4A時(shí)來(lái)確定變壓器的能量處理能力,即由此來(lái)決定變壓器磁芯規(guī)格。這樣理解對(duì)否???[圖片]

Go ahead:

9、離線場(chǎng)合習(xí)慣于選擇足夠大的磁芯以避免其在電流限制極限值飽和。

10、保證輸出功率的基本標(biāo)準(zhǔn)時(shí)保證計(jì)算出得正常工作時(shí)的峰值電流一直小于電流限制的最小值。

11、在電壓控制模式中,作用于PWM比較器的鋸齒波由內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生,但電流控制模式中,斜坡來(lái)自于電感電流或者開(kāi)關(guān)電流。

12、空氣磁導(dǎo)率用u0表示,在MKS單位制中等于4πE-7,在CGS制中等于1。

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10227
LV.7
12
2011-09-06 09:35
@mjun
各位看官,我繼續(xù)提問(wèn):2.14電流限制的范圍和容限[圖片] 書(shū)中有提到:變壓器體積完全取決于其最大值。敢問(wèn)各位看官,書(shū)中是否要表達(dá)這樣一個(gè)意思:假如一個(gè)反激式電源,正常輸出電流為2A,前級(jí)的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置為輸出電流為4A時(shí)控制IC停機(jī),那么我必須根據(jù)輸出電流為4A時(shí)來(lái)確定變壓器的能量處理能力,即由此來(lái)決定變壓器磁芯規(guī)格。這樣理解對(duì)否???[圖片]
我在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),皆是以此原則設(shè)計(jì),如書(shū)中所提以過(guò)載最惡劣情況設(shè)計(jì),一般電源書(shū)中也會(huì)提到如鐵芯磁通密度是0.3T,可設(shè)計(jì)在0.25T以下或0.2T以下是較好的,因鐵芯磁通密度在溫度上升還會(huì)下降,不過(guò)此原則也需考慮鐵芯尺寸及銅線粗細(xì),二者皆需一并考慮.
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mjun
LV.7
13
2011-09-06 09:45
@10227
我在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),皆是以此原則設(shè)計(jì),如書(shū)中所提以過(guò)載最惡劣情況設(shè)計(jì),一般電源書(shū)中也會(huì)提到如鐵芯磁通密度是0.3T,可設(shè)計(jì)在0.25T以下或0.2T以下是較好的,因鐵芯磁通密度在溫度上升還會(huì)下降,不過(guò)此原則也需考慮鐵芯尺寸及銅線粗細(xì),二者皆需一并考慮.

哦,那就是說(shuō):我們?cè)O(shè)計(jì)電感量時(shí)按正常的工作電流來(lái)計(jì)算的,而在選擇磁芯尺寸時(shí)時(shí)按過(guò)流點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)的。

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mko145
LV.8
14
2011-09-06 10:04
@mjun
各位看官,我繼續(xù)提問(wèn):2.14電流限制的范圍和容限[圖片] 書(shū)中有提到:變壓器體積完全取決于其最大值。敢問(wèn)各位看官,書(shū)中是否要表達(dá)這樣一個(gè)意思:假如一個(gè)反激式電源,正常輸出電流為2A,前級(jí)的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置為輸出電流為4A時(shí)控制IC停機(jī),那么我必須根據(jù)輸出電流為4A時(shí)來(lái)確定變壓器的能量處理能力,即由此來(lái)決定變壓器磁芯規(guī)格。這樣理解對(duì)否???[圖片]
這一段的表達(dá)似乎不是很清晰 ~ 反正我讀了兩遍才大致猜到他要講什么,但又不十分確定。 電感當(dāng)然什么時(shí)候都不能飽和了,無(wú)論什么方案的設(shè)計(jì)都要滿足這一原則。建議跳過(guò)這一段,或參考其他書(shū)籍 ~
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mjun
LV.7
15
2011-09-06 10:13
@mko145
這一段的表達(dá)似乎不是很清晰~反正我讀了兩遍才大致猜到他要講什么,但又不十分確定。電感當(dāng)然什么時(shí)候都不能飽和了,無(wú)論什么方案的設(shè)計(jì)都要滿足這一原則。建議跳過(guò)這一段,或參考其他書(shū)籍~

同感!

我看了好幾遍,似乎有點(diǎn)明白,但感念還不是特明確。

所以特希望高手能夠提點(diǎn)一番,小弟感激不盡。

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10227
LV.7
16
2011-09-06 10:25
@mjun
哦,那就是說(shuō):我們?cè)O(shè)計(jì)電感量時(shí)按正常的工作電流來(lái)計(jì)算的,而在選擇磁芯尺寸時(shí)時(shí)按過(guò)流點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)的。

其實(shí)我說(shuō)的原則同計(jì)算電感量,一般我們皆是以所需規(guī)格先計(jì)算再選擇鐵芯尺寸及銅線粗細(xì),另外還有一個(gè)變量就是過(guò)載點(diǎn)如設(shè)定過(guò)大,導(dǎo)致計(jì)算完需大鐵芯尺寸但PCB尺寸不足等問(wèn)題,可能就要下修過(guò)載點(diǎn),以取得平衡點(diǎn),畢竟還是要看產(chǎn)品所需,有時(shí)原則及理論無(wú)法達(dá)到理想化.

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mjun
LV.7
17
2011-09-06 10:49
@10227
其實(shí)我說(shuō)的原則同計(jì)算電感量,一般我們皆是以所需規(guī)格先計(jì)算再選擇鐵芯尺寸及銅線粗細(xì),另外還有一個(gè)變量就是過(guò)載點(diǎn)如設(shè)定過(guò)大,導(dǎo)致計(jì)算完需大鐵芯尺寸但PCB尺寸不足等問(wèn)題,可能就要下修過(guò)載點(diǎn),以取得平衡點(diǎn),畢竟還是要看產(chǎn)品所需,有時(shí)原則及理論無(wú)法達(dá)到理想化.
兄臺(tái)所言極是。
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mjun
LV.7
18
2011-09-07 09:22

我繼續(xù):

13、一般鐵氧體磁芯的飽和磁通密度為0.3T左右。

14、當(dāng)磁芯供應(yīng)商表述某個(gè)B的磁芯損耗時(shí),他們說(shuō)的時(shí)⊿B/2,即BAC,這是一般工程慣例。

15、磁芯損耗=單位體積的磁芯損耗*體積,其中單位體積的磁芯損耗=常數(shù)t1*B常數(shù)t2*f常數(shù)t3,體積指的是磁芯的實(shí)際物理體積。

16、鐵粉磁芯比鐵氧體磁芯更不易飽和,這使它們有能力防止反常電流導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管損壞。另外,由于使鐵粉粘合的有機(jī)顆粒會(huì)慢慢減少,所以鐵粉磁芯有一定的使用壽命。

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mjun
LV.7
19
2011-09-07 09:30

我提個(gè)問(wèn)題:

2.18.5  線圈損耗

 

不知哪位兄弟可否提供“鋸齒波有效值的推導(dǎo)過(guò)程”?在下在此謝過(guò)!

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2011-09-07 10:56
@mjun
我提個(gè)問(wèn)題:2.18.5 線圈損耗[圖片] 不知哪位兄弟可否提供“鋸齒波有效值的推導(dǎo)過(guò)程”?在下在此謝過(guò)!

發(fā)揮數(shù)學(xué)特長(zhǎng),積分一次舊成了。

我原來(lái)推導(dǎo)過(guò)一次

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mjun
LV.7
21
2011-09-07 11:12
@冰火連天
發(fā)揮數(shù)學(xué)特長(zhǎng),積分一次舊成了。我原來(lái)推導(dǎo)過(guò)一次

哦!呵呵!提醒了我。

好久沒(méi)用高數(shù)了?。?!

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mjun
LV.7
22
2011-09-07 11:59
@冰火連天
發(fā)揮數(shù)學(xué)特長(zhǎng),積分一次舊成了。我原來(lái)推導(dǎo)過(guò)一次

呵呵,在網(wǎng)上找到了推導(dǎo)過(guò)程,發(fā)給大家參考。

 

 

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10227
LV.7
23
2011-09-07 12:21
@mjun
呵呵,在網(wǎng)上找到了推導(dǎo)過(guò)程,發(fā)給大家參考。[圖片] [圖片] 
好資料!
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mjun
LV.7
24
2011-09-07 14:14
@10227
好資料![圖片]

謝謝鼓勵(lì)??!

細(xì)讀此書(shū),感覺(jué)精進(jìn)不少!!

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mjun
LV.7
25
2011-09-07 14:45
@mjun
呵呵,在網(wǎng)上找到了推導(dǎo)過(guò)程,發(fā)給大家參考。[圖片] [圖片] 

也許有人會(huì)對(duì)K1、d1、K2、d2取值心存疑惑,我就在此班門弄斧了,望各位高人手下留情。

因一個(gè)周期內(nèi)電感電流分為上升及下降兩段,并其斜率不等,所以采用分段積分。對(duì)于電感電流上升階段,為方便計(jì)算,假設(shè)t=0時(shí)刻為其起始時(shí)刻,即第一個(gè)波谷點(diǎn),則該點(diǎn)坐標(biāo)為(0,IDC-IAC),而第一個(gè)波峰點(diǎn)得坐標(biāo)為(D*T,IDC+IAC),第二個(gè)波谷點(diǎn)的坐標(biāo)為(T,IDC-IAC),這樣就可分別得出兩段直線的方程了,即K1、d1、K2、d2的值。

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mjun
LV.7
26
2011-09-07 15:36

學(xué)習(xí)的腳步不能停,我繼續(xù)提問(wèn):

3.1.6    齊納管鉗位損耗

 

附加部分為什么是VZ/(VZ-VOR),看了N+1遍,愣是沒(méi)看明白?

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10227
LV.7
27
2011-09-07 16:22
@mjun
學(xué)習(xí)的腳步不能停,我繼續(xù)提問(wèn):3.1.6   齊納管鉗位損耗[圖片] 附加部分為什么是VZ/(VZ-VOR),看了N+1遍,愣是沒(méi)看明白?

fairchild的關(guān)于反激RCD吸收的應(yīng)用筆記里面有此公式是導(dǎo)出來(lái)的,如下附件:

Design Guidelines for RCD Snubber of Flyback Converters

 

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mjun
LV.7
28
2011-09-07 17:36
@10227
fairchild的關(guān)于反激RCD吸收的應(yīng)用筆記里面有此公式是導(dǎo)出來(lái)的,如下附件:[圖片]DesignGuidelinesforRCDSnubberofFlybackConverters 
謝謝,謝謝?。?!
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mjun
LV.7
29
2011-09-08 11:06

Go ahead:

17、漏感是未能耦合到二次側(cè)的一次電感部分,它不參與有效能量從輸入到輸出傳遞。

18、定義集膚深度為導(dǎo)體表面到電流密度為表面的1/e處距離。

19、一次電流波形中仍有一與負(fù)載無(wú)關(guān)的分量,這就是勵(lì)磁電流。

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10227
LV.7
30
2011-09-09 11:21
@mjun
Goahead:17、漏感是未能耦合到二次側(cè)的一次電感部分,它不參與有效能量從輸入到輸出傳遞。18、定義集膚深度為導(dǎo)體表面到電流密度為表面的1/e處距離。19、一次電流波形中仍有一與負(fù)載無(wú)關(guān)的分量,這就是勵(lì)磁電流。

給用功K書(shū)的人鼓勵(lì)!頂一下

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mjun
LV.7
31
2011-09-09 11:59
@10227
給用功K書(shū)的人鼓勵(lì)!頂一下[圖片]

共勉!

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