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    负电阻以及为什么您的DC-DC转换器可能无法正常工作

    Click: 45  Date: 15/11/2022 10:14:27 AM


       如果您的 DC-DC转换器不工作并且您检查了明显的问题(未插入、未打开、输入保险丝熔断等),则问题可能是由负电阻引起的输入阻抗。一种常见的解决方案是将电阻交流耦合到电路中,或者将电阻与电路隔开。这可以通过将正确的电容器尽可能靠近直流转换器的输入引脚来实现。

      介绍

      我们中的许多人都有购买 DC-DC转换器的经验,并且它工作得很好;理想情况下,这是常态。不幸的是,我们大多数人也有过 DC-DC转换器无法正常工作的经历,我们可以确定问题的根源并找到合适的解决方案。这个问题可能是基本的;转换器未插入,电源未打开,或输入保险丝熔断。基本问题都比较容易发现和解决。对于直流输入开关电源,情况往往更为复杂;一切都正确连接,简单的问题已经消除,但转换器仍然不能产生正确的输出电压。在这种情况下,问题可能是 DC-DC转换器的输入阻抗与向转换器供电的电源的输出阻抗相互作用。当存在此阻抗问题时,转换器的输出电压将具有显着的交流分量,并且转换器的输入电压也将存在明显的交流信号。

      为了简化这个讨论,我们将考虑施加到 DC-DC转换器输出的恒定阻抗负载。提供给恒定阻抗负载的功率也是恒定的,因为dc-dc 转换器的输出电压是恒定的。提供给输出负载的恒定功率意味着恒定功率由转换器的输入端汲取。现在乐趣开始了!我们创建了一个功率负载(具有恒定输出功率负载的 dc-dc 转换器),它吸收恒定功率,与施加的电压无关(dc-dc 转换器上的负载是恒定的,功率转换效率是恒定的,因此由转换器的输入汲取的功率是恒定的)。正如我们将看到的,让负载汲取恒定功率与施加电压无关是一种有趣的情况。

      负电阻

      对于这种类型的负载,当施加到 dc-dc 转换器的输入电压上升时,输入电流会下降,而当施加到转换器的输入电压下降时,输入电流会上升。增量电流和电压反向移动的情况是负增量电阻的行为。对于更熟悉的正增量电阻,施加电压的上升导致施加的电流增加,施加的电压下降导致施加的电流下降。

      振荡

      我们现在将讨论负增量输入电阻的潜在影响之一。了解由电容器和电感器组成的电路的行为将很有帮助。如果能量施加到电容器和电感器电路,能量将在与电容器相关的电场(电容器两端的电压)和与电感器相关的磁场(通过电感器的电流)之间交换。这种能量交换将表现为元件两端的正弦电压和流经元件的电流,即振荡电路的行为。

      在具有电容器和电感器的实际电路中,还存在与组件相关的寄生电阻。这种寄生电阻会消耗能量,振荡最终会停止。

      负阻力和振荡

      如果在 RLC 电路中添加负电阻,它可以消除正电阻并创建一个电阻为零的电路,并且可以继续振荡。具有电容、电感和零电阻的电路可能在特定的工作条件下正确(或错误)发生在 DC-DC 转换器的输入端。当 DC-DC 转换器的负输入阻抗抵消相关电容和电感的正阻抗时,振荡将持续。

      应该理解,电路的电容和电感可以是物理元素(有意的或寄生的),也可以由电源的输出阻抗和dc-dc转换器的输入阻抗合成。合成的负电阻和可能合成的电抗元件具有这样的特性,即随着系统运行条件的变化,合成元件的值也会发生变化。这种情况的一个挑战是,很难对与 DC-DC 转换器相关的系统进行精确建模,以确定在什么工作条件下会发生振荡。这种情况的另一个挑战是在某些操作条件下会存在振荡,而在其他操作条件下不会出现振荡。

      对阻尼振荡的积极抵抗

      尽管可能难以预测会导致振荡的工作条件,但在电源的输出和 DC-DC 转换器的输入之间添加正电阻相对容易,从而不会持续振荡。增加电阻的两种选择是在电源和 DC-DC 转换器之间串联一个电阻元件,或者在电源的输出和 DC-DC 转换器的输入之间并联一个电阻元件。不幸的是,这些解决方案中的任何一个所消耗的功率通常都太大而无法接受。常用的第三种解决方案是将电阻交流耦合到电路中或直流阻断电路中的电阻。这种耦合或阻塞的好处是电阻会影响交流信号(振荡),而不影响直流信号(所需的功率流)。实现这种所需电阻的一种方法是将具有大电容值(数十到数百微法拉,取决于功率水平)的电解电容器放置在尽可能靠近 DC-DC转换器的输入引脚的位置。电容器的等效串联电阻 (ESR) 交流耦合到电路中,用于耗散足够的能量以防止持续振荡,但与直流电源路径隔离,因此不会耗散与直流电源相关的能量。取决于功率水平)尽可能靠近 DC-DC 转换器的输入引脚。电容器的等效串联电阻 (ESR) 交流耦合到电路中,用于耗散足够的能量以防止持续振荡,但与直流电源路径隔离,因此不会耗散与直流电源相关的能量。取决于功率水平)尽可能靠近 DC-DC 转换器的输入引脚。电容器的等效串联电阻 (ESR) 交流耦合到电路中,用于耗散足够的能量以防止持续振荡,但与直流电源路径隔离,因此不会耗散与直流电源相关的能量。​​​​​​​

      电容的 ESR 需要足够小以不消耗过多的功率,并且需要足够大以有效抑制振荡。最常用的电解电容器具有正确数量的 ESR,可在此应用中使用。极低成本的电解电容器可能具有过高的 ESR,从而导致过多的功耗。成本极高的电解电容器、薄膜电容器和陶瓷电容器的 ESR 值可能太低而无法适当地抑制振荡。