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[参考译文] 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?μ A

Guru**** 2510735 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5041

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1053581/lm5041-buck

器件型号:LM5041

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,重叠 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 μ 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。μ A

空载测试波形如下:μ A

黄色波形:BUCK级上管驱动波形 μ A

紫色波形:BUCK级下管驱动波形 μ A

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 μ A

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。μ A

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。μ A

图中上图为SNVA560文档中推挽级Vds波形图,从此图中可以得到BUCK级电感输出波形应该是类似电容滤波后的直流波形。μ A

请大佬帮我看看我这个是什么问题造成的?该如何解决呢?μ A

另外说明一下,以上测试是开环测试。μ A

另外,在空载测试的时候发现,增大增大BUCK级占空比后,电感后的电压脉冲高度会增加,脉冲宽度基本不变;且脉冲电压高度会高过输入直流电压值。没搞懂怎么回事。μ A

我尝试将变压器去掉,然后在BUCK电感后对地加入滤波电容,BUCK级的输出电压与上管驱动占空比是成正比的,所以我认为BUCK级驱动及推挽级驱动应该是没问题的。μ A

电源输出加负载后,BUCK级电感输出的电压波形会变平,但是还是有很长时间的低电平时间,不是较为理想的平均电压值。μ A

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,不知道是什么原因。μ A

无负载仿真原理图:μ A

无负载仿真波形图:μ A

有负载仿真原理图:μ A

有负载波形图:μ A

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。是原理有问题?还是这种拓扑一定要加上负载才能达到预期的效果?μ A

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    你好、Cheng

    英语 E2E 需要使用英语来沟通您的问题。 对于您的问题、输出电压大于输入电压。 在降压级、电感器电流变得不连续。 在 TI 参考设计中 、输出电压小于输入电压。 电 感器电流是连续的。 这就是您设计的电感器电压降至零的原因。

    BR

    徐杰瑞

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    我根据 LM5041的数据表设置了仿真、发现波形与我的电流电路测试结果一致。 我不知道为什么。

    空载仿真原理图:

    空载仿真波形:

    负载仿真原理图:

    负载波形:

    在上述仿真原理图中、变压器比率为1。

    根据仿真结果、在空载的情况下、降压电感器的输出电压为脉动波形; 加上负载(以及负载较重时)、降压电感器的输出波形开始接近平均电压值、但它仍然是一段较短的电平时间。 这项原则是否有问题? 或者、该拓扑是否必须增加负载才能实现所需的效果?

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    您对改进此电路有什么更好的建议吗?现在我没有好的想法。

    我的高压电源解决方案使用电压馈送拓扑是否更好?

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    此电源所需的电压调节范围非常宽、并且有一定的精度要求、并且精度应在5%以内。

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    如果输出电压正常、 即使电感器电压不连续、也可以忽略电感器电压。

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    仿真波形与实际波形类似。 我想知道的是降压电感器输出的理论电压波形应该是什么样的? 包括空载和负载状态。

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    https://max.book118.com/html/2018/0327/158987551.shtm

    本文档中的电感器电压波形如下:

    该波形看起来不错。 是因为我的设计错误吗?

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     您的仿真和原型 波形正确。 因为输出电压大于输入电压会导致 电 感器电流不连续。 电感器电流达到您的输入和输出电压。

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    仿真电路的变压器比为1:1、没有升压。 根据您的陈述、电流馈送拓扑不适用于此高压电源?

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    请确认降压级的开关频率是推挽级的两倍。

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    是的、这不是问题。 降压级的频率是推挽级的两倍。 降压级的频率为120kHz、推挽级的单个频率为60kHz。

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    此外、您能否解释仿真波形 V (HO)? 它在您的原理图的 HS 或降压+上吗?

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    如果您的测试位置为  HS、 则当 Q3导通时 HS 电压为 Vin、当 Q3关断时 HS 电压为零。  HS 电压与 V (HO)相同。 但是 、如果您的测试位置是 Buck+、 则 Buck+电压将保持稳定。 因为 如果忽略主开关的死区时间、Buck+的电压将始终等于 NVO。

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    HO 的电压波形与原理图上 HS 的驱动波形有关、降压电平上部管需要由自举驱动。 在我的仿真原理图中、应用了相对驱动电压。

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    我不会犯这样一个低层次的错误。

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    在您的仿真波形中、我看不到电感器的输出电压。 可以提供吗?

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    V (L-OUT)是电感器输出电压波形。

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    您是否还可以在空载和满载条件下将电感器电流添加到仿真波形中? 我认为 电感器电流变得不连续。

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    200uH 电感器电流看起来不连续、因此我将降压电感器的电感更改为2mH。 波形图中的 I (L3)是电感器电流波形。 可以看出电感器电流是连续的、但电感器电压波形仍将下降至0V 并保持一段时间。

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    这是替换2mH 电感器后空载状态下的电感器电流波形、该波形也是连续的。

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    这是一个200uH 的电感器、空载状态下的电感器电流波形也是连续的。

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    我今天下午将对你作出答复

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    还可以! 给您加油!

    今天、变压器次级侧的倍压器整流器电路被移除、替换为全桥整流器+滤波电容器电路进行测试。降压输出电感的电感为200uH。

    这是使用5匝+ 5匝时的波形:变压器7匝、次级侧采用全桥整流器+滤波电容器空载。

    黄色波形:推挽驱动波形;

    蓝色波形:降压电感器输出波形;

    紫色波形:变压器次级侧的输出电压波形;

    绿色波形:变压器中性点的电流波形;

    这是具有100欧姆电阻负载的波形、可以看出它与仿真结果基本相同。

    此外、在空载和带载模式下、降压电平的电感电流是连续的。

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    在第二张图片中、紫色线是什么波形? 您是否测试电感器电流波形以帮助确定 它是连续的? 如果没有、请提供。

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    我发现问题的根源! 原理是好的、我的电路是好的。 一切都好、就是工作条件。

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    您能否分享您的根本原因?

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    让我们用这种方式来表示、我在上面测试和仿真的许多图形和指令、您看不出很仔细。 事实上,第一个帖子的最后一句是问题的根源。 在开关电源设计的第三版中、声明在电流馈入拓扑模式下、降压级输出的滤波电容器从变压器的次级侧耦合、然后该相对电容器受耦合条件的影响。 您可以仔细分析和理解它。

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    你理解吗? 在该电路中、电容电抗的转换需要交流路径。 在空载状态下、次级侧滤波电容器中没有交流电流流动、因此无法从次级侧提取电容抗、因此无法将其转换为初级侧。 添加负载后、次级侧滤波电容器中将有一个交流电流分量、显示了可转换为初级侧的电容电抗。 初级侧就像有一个滤波电容器。 如果次级侧的全容抗100%转换为初级侧、则次级侧的负载需要足够大、以便电容器的容性电流足够大。

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    这是最后一次测试的波形。 尽管降压电感器的输出波形(蓝色)正在振荡、但它几乎是平均电压。 变压器次级侧的波形(紫色)已经非常平坦。

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    您好、Yuan、  

    很抱歉耽误你的时间。 您是否解决了此问题?

    如果没有、您能告诉我们您还尝试了什么吗?

    此致、

    Don

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    怎么说、我认为它已经解决了。 我认为、当没有负载时、变压器次级侧的次级电容器中没有电流流动、因此变压器次级侧无法反映电容电抗、也无法与变压器初级侧耦合。 如果变压器的次级侧有负载、则该电容抗可耦合到变压器的初级侧、从而使降压输出电压波形变得平坦。 这与我的测试结果一致、但我无法确定它在理论上是否正确。