DC-DC开关电源电路纹波图文分析
纹波是DCDC开关电源电路一个重要性能指标,如何减小纹波呢?
纹波通常是指由于DC-DC开关所引起的,具有一定波动周期规律的电源波动,典型纹波波形如下图所示:
纹波的产生原因是多方面的,具体还需要从根本上进行分析,下文就以BOOST电路为例进行分析,BOOST电路简化结构如下图所示。
因为是要分析纹波,这里重点分析MOS管开通的状态,当PWM控制信号控制MOS管打开的一个周期里:
电感两端电压:VL=Vin;
电感电压电流关系:VL=L*(di/dt)
其中 di=△I,dt=D*T(D为PWM占空比,T为PWM周期,T=1/f);
则Vin=L*(△I/(D*T));
电感量L可表示为:
L=Vin*(D*T)/△I
=Vin*(1-Vin/Vout)*T/△I
=Vin*(1-Vin/Vout)/(△I*f)
由上式可变换推出:
△I=Vin*(1-Vin/Vout)/(L*f)
这里△I就是电流纹波,电流纹波△I与电压纹波△V之间的关系为:
△V=△I*RL=Vin*RL*(1-Vin/Vout)/(L*f)
由上式电压纹波的关系式可看出,当电感量L增大时,电压纹波减小,反之电压纹波增大;MOS管开关频率越高时,电压纹波减小,反之电压纹波增大。但是在实际电路设计中这两参数也不是越大越好,电感L过大会导致开关电路动态响应性能变差,最终导致开关电源工作异常;MOS管开关频率越高,电路开关损耗加大,电源效率会降低。所以电感L和开关频率f选取需要结合实际需求,综合考虑择优选取。
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