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LM5041电流馈电推挽拓扑,BUCK级电感输出电压波形不对是什么原因?

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chengyabcd
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高级工程师
  • 2021-11-12 10:02:26
10问答币
电流馈电推挽拓扑原理图.jpg
上图为使用LM5041设计的电流馈电推挽拓扑电源,LM5041工作频率120kHz,Overlap Time在90ns左右,BUCK级输入为DC13V直流电源,推挽级输出接倍压整流电路。变压器初级电感量在70uH+70uH
输入电压为DC12V-25V,输出15000V 50W,输出从100V至15000V连续可调,输出电流最大限值在5mA。
我现在测试电路,为了安全考虑,先验证电路的正确性,所以采用了一个5匝+5匝比7匝的变压器,变压器二次侧还是使用6倍压电路,倍压二极管用的BYV26E,倍压电容用的是1uF的无极性聚丙烯聚丙烯电容。
空载测试波形如下:
电流馈电拓扑BUCK级波形.png
黄色波形:BUCK级上管驱动波形
紫色波形:BUCK级下管驱动波形
蓝色波形:BUCK级电感输出波形,推挽级的MOS管的Vds波形与其相同
我现在的疑问是:BUCK级的电感的输出波形不是应该是近似电容滤波后的直流波形吗?我这个怎么是脉动的?现在是空载测试模式。按照电流馈电推挽拓扑原理,变压器二次侧的滤波电源应该会映射到变压器原边,从而进行BUCK级的LC滤波,BUCK级应该输出近似平均值电压。
尝试在输出加一定的负载,这个脉冲会有变低、变平的趋势,但是也达不到SNVA560文档中的波形形态。
TI的SNVA560文档中的波形图.jpg
TI的测试条件为带载测试,而且负载相对较重。看图中Vds波形,可以知道BUCK级电感输出电压波形应该非常接近于平直的平均电压值(类似于BUCK输出加LC滤波)
从网上找到一片相关文档(https://max.book118.com/html/2018/0327/158987551.shtm)其中BUCK级输出电压波形见下图:
网上文档中的图片.jpg
其波形基本也是平均电压值。
于是,我按照LM5041的datasheet建立仿真,发现波形和我现在电路测试结果一致,见下图:
无负载仿真原理图:
电流馈电拓扑仿真原理图-无负载.jpg
无负载仿真波形图:
电流馈电拓扑仿真波形图-无负载.jpg
有负载仿真原理图:
电流馈电拓扑仿真原理图-有负载.jpg
有负载波形图:
电流馈电拓扑仿真波形图-有负载.jpg
从仿真结果来看,在无负载的情况下,BUCK级电感输出电压是脉动波形;加上负载(且负载较重时),BUCK级电感输出波形开始接近平均电压值,但是还是有一定的低电平时间。
我现在疑问是:我的测试波形与仿真波形对得上,但是TI文档中以及论文中的波形对不上,不知道我哪里做的不对?
请给位大佬指点指点,先谢谢了!

星宇
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版主
  • 2021-11-12 21:37:14
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电流馈电就是这样的啊,你又不是用电压馈电!

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chengyabcd
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高级工程师
  • 2021-11-15 09:11:07
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现在的问题是空载时输出电压与PWM调制的占空比对不上,输出电压高。而上面给的文档连接中,以及TI的文档中,电感输出是接近平均电压的,这个是不是一定要加一定的负载才能得到这样的结果;我感觉是:空载状态下,副边电容几乎没有充放电电流,从而无法将副边的电容容抗转换到原边,当副边有负载后,就有了电容充放电电流,从而原边也就得到了折算后的电容,从而在原边才会起到LC滤波的效果。不知道我理解的对不对?



chengyabcd
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LV6
高级工程师
  • 2021-11-15 09:22:24
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在 开关电源设计第三版 中说明此种拓扑结构适合于高压电源,而我这个采用的是倍压整流电路。如果在空载或轻载状态下,原边驱动电压较高,则副边的倍压二极管和电容的耐压将超出设计范围。反而电压馈电拓扑不会出现这个问题,但是电压馈电拓扑中推挽级管子应力会比较大,而且高压变压器的寄生电容太大,不好弄。很是纠结呀。
实在不行,我想推挽级搞成准谐振拓扑是否可行?
chengyabcd
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高级工程师
  • 2021-11-16 11:04:46
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电流馈电拓扑的初级电压波形真的不是这样,问题根源我已找到,就是我上面说到的问题。
开关电源设计第三版中说明的这个BUCK级的输出虚拟滤波电容的产生是有条件的,就是变压器原副边阻抗变换的原理,但是交流通路和直流通路情况下是不同的。
wangdongchun
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  • 2021-11-12 22:15:46
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感觉楼主的电路没有问题,正如楼上坛友所讲这同线路采用电流馈电有关,不用太过在意。

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chengyabcd
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高级工程师
  • 2021-11-15 09:13:40
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现在的问题是空载时输出电压与PWM调制的占空比对不上,输出电压高。而上面给的文档连接中,以及TI的文档中,电感输出是接近平均电压的,这个是不是一定要加一定的负载才能得到这样的结果;我感觉是:空载状态下,副边电容几乎没有充放电电流,从而无法将副边的电容容抗转换到原边,当副边有负载后,就有了电容充放电电流,从而原边也就得到了折算后的电容,从而在原边才会起到LC滤波的效果。不知道我理解的对不对?

我是想,在空载及满载的情况下,其PWM占空比都有计算依据,而不是像现在这样。是不是我就要加适当的假负载?

ruohan
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  • 2021-11-16 20:05:41
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这个前面用个BUCK是做什么的,
能升压到15000V吗
chengyabcd
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  • 2021-11-17 11:02:38
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这是两级拓扑方式,BUCK级是降压级,调整推挽级的输入电压的,推挽级升压。
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