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LC阻尼振蕩莫不是有什么問題?

硬件工程師煉成之路 ? 來源:硬件工程師煉成之路 ? 作者:煉成之路 ? 2021-06-23 19:26 ? 次閱讀

前兩期說了RCD電路,不可避免提到開關的尖峰。由此我想到了我們最常用的電路,Buck電路。

Buck振蕩波形

Buck電路電感前面的SW波形,想必大家都測量過,總的來說,無非下面兩種:

不論是連續模式,還是斷續模式,都會有上升尖峰或者是下降尖峰,無非是大小的問題。

如果我們拉開來看,尖峰可以看出來是一個振蕩波形,頻率很高。

或者更明顯的,斷續模式中,在電感電流降低為0時就開始振蕩,幅度不小,并且頻率也不高。

對于新手來說,可能在心里打鼓:這個振蕩莫不是有什么問題?

上面這些振蕩,或是尖峰,要理解為什么長成這樣?有沒有問題?如何抑制?如果要詳細了解來龍去脈,其實并不是很容易。

這些波形,本質上就是LC阻尼振蕩,這一節我們先搞明白LC阻尼振蕩的各種情況。

LC阻尼振蕩

上面說的這些波形,產生的機理就是,在開關斷開之前,電感或電容被充電。而在開關斷開之后,電感或電容的能量需要釋放,因此會找到電路中的寄生電容或是寄生電感,再結合電路中的等效電阻,組成了LC阻尼振蕩。

Buck具體是如何構成LRC回路的,因為涉及到很多寄生參數,這個也不容易搞清楚,后面專門細說。

這節的主題就是LC阻尼振蕩。

我們就以最簡單的LRC串聯電路來舉例

220e7058-d409-11eb-9e57-12bb97331649.png

這個電路其實在大學課程《電路分析》應該有學過(好像《信號與系統》這門課也有),就是一個二階電路。

這個電路的波形分為四種情況,分別是:

225079bc-d409-11eb-9e57-12bb97331649.png

最近get一個新技能,試著使用了一下LTspice仿真,感覺還不錯,比Matlab方便吧。當然,也只能說明兩個軟件側重點不一樣吧,Matlab是數學工具,如果能用Matlab搞出下面的結果,理解肯定會更加的深入,但是難度更高吧。

下面來看下我做的LTspice仿真:

227dff2c-d409-11eb-9e57-12bb97331649.png

初始條件:L=10nH C=10nF 初始電感電流I=1A,電容電壓為0V。

根據公式2(L/C)^0.5求得臨界阻尼電阻R=2Ω。

下面我們只改變電阻R,讓R=4Ω,2Ω,1Ω,0.1Ω,0Ω,分別來看看波形:

22898e82-d409-11eb-9e57-12bb97331649.png

從上圖我們可以得到振蕩頻率:

我們對比R=0.1和R=0的波形,可以看到,振蕩的周期(兩個波峰的時間差)是一樣的,都是62.8ns左右,其實這就等于LC電路的諧振頻率。

229c66ec-d409-11eb-9e57-12bb97331649.png

知道這個頻率有什么用呢?

我們可以根據這個得到電路中總的電感或是電容多大。

實際應用中,我們通常可以用示波器量出振蕩尖峰的頻率,然后我們可以人為并上一個電容,這時尖峰頻率肯定會發生變化,我們再用示波器測出來。

根據前后的頻率,增加的電容容量,我們就可以算出寄生電容和電感是多大。

以下是某文檔講解的snuber電路(BUCK電路中常用于去尖峰)

22c7100e-d409-11eb-9e57-12bb97331649.png

現在應該這種方法的基本原理了吧。

本節內容到這里就結束了,主要是理論的,后面會使用LTspice仿真,研究下開篇說的幾個振蕩波形,感謝大家閱讀。

責任編輯:lq6

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原文標題:開關電源的阻尼振蕩

文章出處:【微信號:gh_3a15b8772f73,微信公眾號:硬件工程師煉成之路】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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