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BUCK, Vo=Vin*Duty 成立的条件?

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eric.wentx
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  • 2011-11-7 15:47:15
10问答币
BUCK电路,书中基本上都是讲的VO=VIN*D, 在CCM下....
但实际测试发现,这个公式很难"满足",是不是还有其他内在的条件?
(开环/闭环此公式应该是都满足的,这个公式的推导本来也是基于电感V*T平衡得出来的,所以与开环,闭环均无关,但实际上开环的话,输出电压根本不受输入电压控制)

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如果楼主说的是CCM的Vout<Vin*D. 应该是续流二极管导致的。 推导如下: (Vin-Vout)*Ton/L=(Vout+Vf)*Toff/L ->   Vin*Ton/L= Vout*(Ton+Toff)/L+Vf*Toff/L ->  Vout=(Vin*Ton-Vf*Toff)/T -> Vout=Vin*D-Vf*(1-D) 如果续流二极管的forward电压无限小,会让Vout=Vin*D
YTDFWANGWEI
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  • 2011-11-7 15:56:41
 
CCM+理想情况下。你说的开环输出电压不受控制是什么意思?
xiaoliangyl
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  • 2011-11-7 16:03:01
 
文工实测的时候有没考虑器件的压降?
eric.wentx
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  • 2011-11-7 16:17:03
 
我等下传些波形上来吧...
王工所说的理想情况是这么回事,但现实中这些非理想因素基本上改变了这个公式,所以突然发现,这个VIN*DUTY=VO,只教科书上的简便,实际中差距不小
YTDFWANGWEI
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  • 2011-11-7 21:29:38
 
不仅仅需要波形,还需要输入输出参数及分布参数例如MOS管内阻,电感内阻这些参数.
fairchild
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LV6
高级工程师
  • 2011-11-8 08:13:53
 
这些参数最重要的影响应该是效率,
对以伏秒平衡所计算的占空比增加一个效率修正,应该和实际占空比比较接近。
好像是哪本书上看到过类似的计算方法。
只是一个想法,并未试验验证正确性。
blueskyy
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LV10
总工程师
  • 2011-11-8 09:09:07
 
支持~
eric.wentx
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  • 2011-11-7 16:36:54
 
来源于另一个论坛的一个题目,再加上自己目前在测一个BUCK电路:
题目是:
CCM模式下,输入电压不变,负载电流增加:
1. 开环BUCK,Duty变化吗?理由... (如果变化其中稳态与暂态下DUTY是否不同,当然如果DUTY没有变化的话,不必考虑)
2. 闭环BUCK,Duty变化吗?理由... (如果变化其中稳态与暂态下DUTY是否不同,当然如果DUTY没有变化的话,不必考虑)
YTDFWANGWEI
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  • 2011-11-7 21:28:27
 
我觉得CCM模式下,如果内阻类占输出电压的比重不是很大的话,闭环占空比应该变化不大吧,另一个问题,既然开环,占空比不就是固定的吗?那里来负载变化占空比是否变化之说?如果占空比变化还叫开环吗?
cardiopathy
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LV8
副总工程师
  • 2011-11-8 08:24:51
 
我曾做过实验,拿反激IC做DC-DC BUCK,一般都是CCM哈,基本没有做DCM的。
OB2273 IC最大占空比限制78%了
输入49V,只恒流反馈,输出空载时候为49V,只要带一点轻载,电压就下降到40V左右,CV档时,超过37V电流就大幅变小,在CV 37V以下才能出得来设定的恒流电流
thomastian
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LV2
本网技师
  • 2012-5-30 10:16:25
 
如果楼主说的是CCM的Vout<Vin*D.
应该是续流二极管导致的。
推导如下:
(Vin-Vout)*Ton/L=(Vout+Vf)*Toff/L
-> Vin*Ton/L= Vout*(Ton+Toff)/L+Vf*Toff/L
-> Vout=(Vin*Ton-Vf*Toff)/T
-> Vout=Vin*D-Vf*(1-D)
如果续流二极管的forward电压无限小,会让Vout=Vin*D
niemo
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LV6
高级工程师
  • 2017-4-1 11:47:29
 
补充一下,我发现的问题:也有人提过;
开环Buck,理想情况下,输出理应不会随负载电阻变化而改变,实际仿真时则不然;
输出电阻的减小,会造成输出电压的略微减小;
输出电阻的增大,会造成输出电压的略微减小:
这是为何??
Coming.Lu
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  • 2017-4-1 12:20:00
 
器件内阻。
niemo
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  • 2017-4-1 15:13:04
 
有没有什么具体过程?或相关资料?我把电容的等效串联电阻删去后,还存在,看来是MOSFET等的影响,可我想知道是怎么影响的?版主帮忙解释一下。
Coming.Lu
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  • 2017-4-1 16:59:46
 
有所器件的内阻都去掉
niemo
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  • 2017-4-1 18:20:22
 
这样恐怕需要修改元器件的model了!其实不过想知道器件内阻影响输出电压的机理而已。
greendot
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  • 2017-4-1 19:49:11
 
例如看看MOSFET开通时,D是Vin, S是Vin-Rds*Id,这样真正的输入比Vin稍低,自然Vo也较低了。
niemo
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  • 2017-4-2 09:39:24
 
你错了,对于某些MOS管而言,譬如我仿真时用的,开环时输出电压Vo比Vin*D高,这是因为MOS管的开关特性所致,实际的占空比不等于施加的占空比。所以,恐怕你这个建议不可行。
greendot
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LV10
总工程师
  • 2017-4-2 23:54:34
  • 倒数10
 
哪里错了?我讲的是MOS内阻影响输出的机理,和MOS开关延迟改变占空比是两码事。
可以在MOS上串联一个小电阻,用来模拟它的内阻,看看用不同的阻值下对输出的影响。
niemo
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  • 2017-4-3 14:36:54
  • 倒数9
 
嗯 不好意思 是我混淆了 你讲得有理
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  • 2017-4-3 14:51:10
  • 倒数8
 
忘了说一句谢谢,补充一下!
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  • 2017-4-3 15:14:51
  • 倒数7
 
我再看了你上一次的回复,忽然想通了,虽然在值的大小上仍存在问题,但是趋势是正确的;
(1)输出电阻减小,电流增大,MOS管内阻上压降变大,输出电压有所减小;
(2)输出电阻增大同理可得;
按理讲,输出电压的改变量,应为△I*Ron*D;然而,事实变化幅度略大;
这个问题我可以自己解决了~
niemo
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  • 2017-4-4 11:19:00
  • 倒数6
 
打扰了。。有点小问题还需请教一下
情况一、MOSFET内阻80mΩ,输入电压400V,理想情况下输出电压为320V;
现仿真情况如下:
(1)0-20ms:  负载25Ω;输出电压321V;
(2)20-40ms:负载50Ω;输出电压323.5V;
(3)40-60ms:负载25Ω;输出电压321V;
(4)60-80ms:负载12.5Ω;输出电压为317.7V;


情况二、与MOSFET串联一80mΩ电阻,同样的输入电压及占空比;
(1)0-20ms:  负载25Ω;输出电压320.25V;
(2)20-40ms:负载50Ω;输出电压323V;
(3)40-60ms:负载25Ω;输出电压320.25V;
(4)60-80ms:负载12.5Ω;输出电压为316V;



MOS管导通电阻的确影响了输出电压,这一点没错,且
影响的趋势也是正确的;然而,
(1)现在不看输出电压的绝对值,比较两种情况下的△Vo;
情况二的△Vo理应是情况一相应△Vo的二倍,是吗???
(2)然后,再分别看情况一与情况二各自的△Vo值,好像
△Vo并不等于内阻与电流变化量的乘积!

然后,就猜测:
(1)导通电阻是不是造成了什么别的影响,比如实际占空比???
(2)或者还有别的因素也在影响输出电压???
(3)仿真的问题??注:仅仅是简单的开环电路。(4)我的仿真参数(如驱动电压不够高)情况下,内阻并非80mΩ??


你觉得该如何解释,方才通顺??





greendot
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  • 2017-4-4 23:51:04
  • 倒数5
 
MOS只是其一,還有二極管和電感電容。
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  • 2017-4-5 09:21:08
  • 倒数4
 
嗯。谢谢回复。
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  • 2017-4-5 09:36:15
  • 倒数3
 
你是在论坛网遇到的第二个热心人。顺便把我另外两个疑问拉出来,如果你有相关方面的研究,请你帮忙指导一下,谢谢!

疑问一:测试一个4kW的Buck电路,可以测到2kW,但发现只能看到瞬间的功能实现,持续时间长的话,会
出现MOS管栅氧击穿的问题,不知怎么回事儿?
电路中实现在栅源间并有稳压二极管;有人说在稳压二极管不能吸收瞬态尖峰;于是,我打算下一步在栅源
间并联两个TVS二极管,这个还没有实测;你觉得这个方法是否有效?是否有别的更有效的方法??

疑问二:Buck电路中添加了软开关ZVT结构;Buck电路中MOS管的驱动采用自举原理法,用IR公司的驱动芯片;测试软开关时,发现异常状况【没添加软开关时,波形正常,栅源驱动信号良好】,具体情况如下:
(1)在scope11中,红色为主功率管栅源驱动信号波形;蓝色为主功率管驱动芯片VBS波形;
由图可以看出,栅源驱动信号波形顶部不平,这源于自举电容储能不够,然而换为调节自举电容值至10uF,依然没有改善;且没有ZVT时波形正常,难道因为ZVT的引入缩短了主功率管驱动芯片自举电容的充电时间所致???
(2)在scope14中,红色为辅助功率管驱动芯片的VBS波形,蓝色为辅助功率管Vgs;首先辅助功率管的栅源波形在两个管子均关断期间有一个平台期,大概1-2V的样子。
初步猜测是主功率管vds耦合所致,然而接着又推翻了自己的猜测,如果是主功率管耦合所致,那么辅助功率管的vds也应能够耦合到主功率管vgs上,可在主功率管vgs上并未看到平台期。

(3)在图片1中,蓝色为辅助功率管vgs波形;红色为主功率管vgs波形;绿色为谐振电感电流波形;注:谐振电感自己绕制,总感觉不是很放心。由谐振电感电流波形,可看出,谐振应该是实现的,但接下来有一个更有趣的现象。

(4)基于前面栅源波形不够好,然后调节自举电容容值,如此栅源波形的确有改善,如图片2所示,绿色为辅助功率管栅源波形,红色为驱动芯片VBS波形,蓝色为谐振电感电流波形;
由该图可看出,自举电容容值增加后,辅助功率管栅源波形顶端的确良好,然而!!!自举电容容值仿佛影响了谐振,谐振电感电流波形不对,理论上而言,二者不应该有什么牵连,这一点始终没有想通。








ZVT Buck

ZVT Buck

主功率管

主功率管

辅助功率管

辅助功率管

scope15

scope15
图片2.png
niemo
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  • 2017-4-2 09:40:01
 
输出电阻的降低会导致输出电压有所降低,电阻的增高则导致输出电压升高。
greendot
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  • 2017-4-5 14:00:06
  • 倒数2
 
回24楼:
其实Vo不是这样按比例变化的,如下
假设只有MOS是不理想的,其余都是理想器件,为方便解说,又假设电感电流IL是一平直电流,
电感伏秒平衡:(Vin-IL*Rds-Vo)*D = Vo*(1-D)
又有: IL= Io= Vo/RL
最后得: Vo= Vin*D/(1 + Rds*D/RL)

回27楼:
1. 有时栅极可能出现高压寄生振铃,损坏MOS,试在接近栅处串一10欧左右电阻作阻尼。TVS也不妨一试。
2. IR的驱动IC未用过,不敢乱说。第4点谐振电流改变,唯有围绕它的电容电阻改变,才有可能?
niemo
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最新回复
  • 2017-4-5 14:37:29
  • 倒数1
 
1.嗯,你对于24楼的补充很有道理,我之前进入误区了,忽略的因素太多了;
当初我的想法是,比如负载为Ro时,输出电流为Io,则
MOS管内阻上承受压降Io*r;
在电容,电感无穷大时,VS处电位的直流分量等于Vo,因此MOS管内阻所致的输出电压的变化
应为Io*r*D;
同样当负载为2Ro时,输出电流为Io/2,于是MOS管内阻所致输出电压变化为Io*r*D/2。
所以,得出△Vo=Io*r*D/2。


2.(1)栅极的确串联有电阻,可能阻值有点小吧,3-5Ω,担心太大影响上升沿;
(2)软开关就不提了吧,你也没整过这块东西,只是自举电容的变化实在不该引起谐振电流波形的变化,
不知道板子上什么非理想因素干扰了.
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