。
隨著負(fù)載條件變化,環(huán)路會(huì)迅速響應(yīng)新的要求,以便將電壓控制在穩(wěn)壓限制范圍之內(nèi)。負(fù)載變化幅度和速率決定環(huán)路響應(yīng)是大信號(hào)響應(yīng)還是小信號(hào)響應(yīng)。我們可根據(jù)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)定義小信號(hào)參數(shù)。因此,我們一般將低于穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)10%的變化稱(chēng)為小信號(hào)變化。
實(shí)際上,誤差放大器處于壓擺范圍(slewlimit)內(nèi),由于負(fù)載瞬態(tài)發(fā)生速度超過(guò)誤差放大器的響應(yīng)速度,放大器并不控制環(huán)路,所以,在功率電感器電流達(dá)到要求之前,由輸出電容器滿(mǎn)足瞬態(tài)電流要求。
大信號(hào)響應(yīng)會(huì)暫時(shí)使環(huán)路停止工作。不過(guò),在進(jìn)入和退出大信號(hào)響應(yīng)之前,環(huán)路必須提供良好的響應(yīng)。環(huán)路帶寬越高,負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度就越快。
從小信號(hào)角度來(lái)看,盡管穩(wěn)壓環(huán)路可以提供足夠的增益和相位裕度,但是開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器在線路或負(fù)載瞬態(tài)期間仍然可能出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)和振鈴現(xiàn)象。在選擇外部元件時(shí),電源設(shè)計(jì)工程師應(yīng)意識(shí)到這些局限性,否則其設(shè)計(jì)就有可能遇到麻煩。
電感器選型
以圖1所示的基本降壓穩(wěn)壓器為例,說(shuō)明電感器的選型。
對(duì)大多數(shù)TPS6220x應(yīng)用而言,電感器的電感值范圍為4.7uH~10uH。電感值的選擇取決于期望的紋波電流。一般建議紋波電流應(yīng)低于平均電感電流的20%。如等式1所示,較高的VIN或VOUT也會(huì)增加紋波電流。電感器當(dāng)然必須能夠在不造成磁芯飽和(意味著電感損失)情況下處理峰值開(kāi)關(guān)電流。
以增加輸出電壓紋波為代價(jià),使用低值電感器便可提高輸出電流變化速度,從而改善轉(zhuǎn)換器的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。高值電感器則可以降低紋波電流和磁芯磁滯損耗。
可將線圈總損耗結(jié)合到損耗電阻(Rs)中,該電阻與理想電感(Ls)串聯(lián),組成了一個(gè)如圖1所示的簡(jiǎn)化等效電路。
盡管Rs損耗與頻率有關(guān),但在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中仍對(duì)直流電阻(RDC)進(jìn)行了定義。該電阻取決于所采用的材料或貼片電感器的構(gòu)造類(lèi)型,在室溫條件下通過(guò)簡(jiǎn)單的電阻測(cè)量即可獲得。RDC的大小直接影響線圈的溫度上升。因此,應(yīng)當(dāng)避免長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)電流額定值。
線圈的總耗損包括RDC中的耗損和下列與頻率相關(guān)聯(lián)的耗損分量:磁芯材料損耗(磁滯損耗、渦流損耗);趨膚效應(yīng)造成的導(dǎo)體中的其他耗損(高頻電流位移);相鄰繞組的磁場(chǎng)損耗(鄰近效應(yīng));輻射損耗
可將上述所有耗損分量組合在一起構(gòu)成串聯(lián)耗損電阻(Rs)。耗損電阻主要用于定義電感器的品質(zhì)。然而,我們無(wú)法用數(shù)學(xué)方法確定Rs。因此,我們一般采用阻抗分析儀在整個(gè)頻率范圍內(nèi)對(duì)電感器進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量可以確定XL(f)、Rs(f)和Z(f)個(gè)別分量。
我們將電感線圈電抗(XL)與總電阻(Rs)之比稱(chēng)為品質(zhì)因素Q,參見(jiàn)公式(2)。品質(zhì)因素被定義為電感器的品質(zhì)參數(shù)。損耗越高,電感器作為儲(chǔ)能元件的品質(zhì)就越低。
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