控制電源阻抗的一些實用方法

      在“電源設計經(jīng)驗談 3” 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，以及其如何同開關調(diào)節(jié)器的負 輸入阻抗相互作用。在極端情況下，這些 阻抗振幅可以相等，但是其符號相反從而 構(gòu)成了一個振蕩器。業(yè)界通用的標準是輸 入濾波器的源極阻抗應至少比開關調(diào)節(jié) 器的輸入阻抗低 6dB，作為較小化振蕩概 率的安全裕度。輸入濾波器設計通常以根 據(jù)紋波電流額定值或保持要求選擇輸入 電容(圖 1 所示 CO)

       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 月討論的那樣，在諧振附近，這兩個組件 的源極阻抗會非常高，從而導致系統(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)放臵。利用一個跨接 CO 的電阻，可以阻尼濾波器。

     但是，在大多 數(shù)情況下，這樣做會導致功率損耗過高。 另一種方法是在濾波器電感的兩端添加 一個串聯(lián)連接的電感和電阻有趣的是，一 旦選擇了四個其他電路組件，那么就會有 一個阻尼電阻的較佳選擇。圖 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，那么峰值可能會非常的高，且僅由 CO 和 LO 來設定。藍色曲線表示阻尼電 阻過低。如果電阻被短路，則諧振可由兩 個電容和電感的并聯(lián)組合共同設臵。綠色 曲線代表較佳阻尼值。利用一些包含閉型 解的計算方法(見參考文獻 1)就可以很輕 松地得到該值。

選擇阻尼電阻

        在選擇阻尼組件時，圖 3 非常有用。 該圖是通過使用 RD Middlebrook 建立 的閉型解得到的。橫坐標為阻尼濾波器輸 出阻抗與未阻尼濾波器典型阻抗 (ZO = (LO/CO)1/2) 的比。縱坐標值有兩個： 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，電源適配器將較小電源輸入阻抗 除以二，得到您的較大輸入濾波器源極阻 抗 (6dB)。

          電源適配器較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 算得到一個橫坐標值。例如，一個具有 10μH 電感和 10μH 電容的濾波器具有 Zo = (10μH/10 μF)1/2 = 1 Ohm 的典型 阻抗。如果它正對一個 12V 較小輸入的 12W 電源適配器進行濾波，那么該電源適配器輸入阻 抗將為 Z = V2/P = 122/12 = 12 Ohms。 這樣，較大源極阻抗應等于該值的二分之 一，也即 6 Ohms。現(xiàn)在，在 6/1 = 6 的 X 軸上輸入該圖，那么， CD/CO = 0.1，即 1 μF，同時 RD/ZO = 3，也即 3 Ohms。