開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)秘笈之阻尼輸入濾波系列（二）

控制源極阻抗

在上一文中，我們討論了輸入濾波器的源極阻抗如何變得具有電阻性，以及其如何同開關(guān)調(diào)節(jié)器的負(fù)輸入阻抗相互作用。在極端情況下，這些阻抗振幅可以相等，但是其符號(hào)相反從而構(gòu)成了一個(gè)振蕩器。業(yè)界通用的標(biāo)準(zhǔn)是輸入濾波器的源極阻抗應(yīng)至少比開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入阻抗低6dB，作為最小化振蕩概率的安全裕度。

輸入濾波器設(shè)計(jì)通常以根據(jù)紋波電流額定值或保持要求選擇輸入電容(圖4.1所示CO)開始的。第二步通常包括根據(jù)系統(tǒng)的EMI要求選擇電感 (LO)。正如我們上個(gè)月討論的那樣，在諧振附近，這兩個(gè)組件的源極阻抗會(huì)非常高，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖1描述了一種控制這種阻抗的方法，其將串聯(lián)電阻 (RD)和電容(CD)與輸入濾波器并聯(lián)放置。利用一個(gè)跨接CO的電阻，可以阻尼濾波器。但是，在大多數(shù)情況下，這樣做會(huì)導(dǎo)致功率損耗過高。另一種方法是在濾波器電感的兩端添加一個(gè)串聯(lián)連接的電感和電阻。

選擇阻尼電阻

有趣的是，一旦選擇了四個(gè)其他電路組件，那么就會(huì)有一個(gè)阻尼電阻的最佳選擇。圖4.2顯示的是不同阻尼電阻情況下這類濾波器的輸出阻抗。紅色曲線表示過大的阻尼電阻。請(qǐng)思考一下極端的情況，如果阻尼電阻器開啟，那么峰值可能會(huì)非常的高，且僅由CO和LO來設(shè)定。藍(lán)色曲線表示阻尼電阻過低。如果電阻被短路，則諧振可由兩個(gè)電容和電感的并聯(lián)組合共同設(shè)置。綠色曲線代表最佳阻尼值。利用一些包含閉型解的計(jì)算方法就可以很輕松地得到該值。

選擇組件

在選擇阻尼組件時(shí)，圖4.3非常有用。該圖是通過使用RDMiddlebrook建立的閉型解得到的。橫坐標(biāo)為阻尼濾波器輸出阻抗與未阻尼濾波器典型阻抗(ZO=(LO/CO)1/2)的比。縱坐標(biāo)值有兩個(gè)：阻尼電容與濾波器電容(N)的比;以及阻尼電阻同該典型阻抗的比。利用該圖，首先根據(jù)電路要求來選擇LO和CO，從而得到ZO。隨后，將最小電源輸入阻抗除以二，得到您的最大輸入濾波器源極阻抗(6dB)。

最小電源輸入阻抗等于Vinmin2/Pmax。只需讀取阻尼電容與濾波器電容的比以及阻尼電阻與典型阻抗的比,您便可以計(jì)算得到一個(gè)橫坐標(biāo)值。例如，一個(gè)具有10μH電感和10μH電容的濾波器具有Zo=(10μH/10μF)1/2=1Ohm的典型阻抗。如果它正對(duì)一個(gè)12V最小輸入的12W電源進(jìn)行濾波，那么該電源輸入阻抗將為Z=V2/P=122/12=12Ohms。這樣，最大源極阻抗應(yīng)等于該值的二分之一，也即6Ohms?，F(xiàn)在，在6 /1=6的X軸上輸入該圖，那么，CD/CO=0.1，即1μF，同時(shí)RD/ZO=3，也即3Ohms。