收藏本站 The Best Quality of Power Equipment

大功率直流电源电路故障现象

我想每个大功率直流电源工程师都曾遇到过令人困惑不解的大功率直流电源电路现象,乍一看似乎是荒谬的,但的确如此。下面我跟我们共享几个古怪的大功率直流电源电路现象,这是我在当学生的时候遇到的,它们一般发生在深夜,怪异吧?!

不受频率影响的容性阻抗?
众所周知,反相扩大器的反应路径中的电容反应到输入端,会因为米勒效应而扩大。 因而,图1大功率直流电源电路的反相输入节点的阻抗Zi应该是容性的,并且会随频率以-1 dec / dec的速率下降。 可是,对应的波特图却显现出一个与频率无关的16Ω输入阻抗。这是怎么回事?莫非米勒效应不起作用了吗?那个16Ω是从哪里来的呢?
Zi的频率图

图1:Zi的频率图。莫非是米勒效应停工了?

一个古怪的差分扩大器

我们知道,只要图2a中运算扩大器的开环增益α是无限的,该大功率直流电源电路就可以给出V(O)= V1-V2。如果将输入端衔接在一起,使V2 = V1,如图2b所示,那么我们可以得出V(O) = 0,这表明一个无限大的共模抑制比(CMMR =∞)。 如果开环增益a≠∞呢?事实证明,不管a是多大(∞ >a > 0),图2b大功率直流电源电路给出V(O)= 0是不变的。你能用物理规律解说为什么吗?
差分扩大器可以具有无限大的CMRR

图2:差分扩大器可以具有无限大的CMRR,却只有有限的开环增益a?

实际上还不止如此。当a 是负值时,这个大功率直流电源电路依然保持V(O)= 0,这种状况下反应就变为正的啦。图3示出了这种现象,运放的直流增益a0 = –1 V/V。 为了验证这个大功率直流电源电路的安稳性,假设运放具有1MHz的极点频率,并使大功率直流电源电路遭到小的电流搅扰,之后V(O)返回到零。你是否能解说为什么这个大功率直流电源电路一直安稳,即使反应是正的?

可是,如果a0负值添加,大功率直流电源电路将变得不安稳。 图3示出了a0 = –3 V/V的状况,这时搅扰会引起发散呼应。 为什么会这样? 介于收敛和发散呼应之间的a0鸿沟值是多少?
具有正反应的安稳大功率直流电源电路

图3:具有正反应的安稳大功率直流电源电路?

过错+过错=正确?

众所周知,在规划中应尽量防止运放差分大功率直流电源电路,因为它简单发生无法忍受的振动增益峰值。别的,我们也知道应该防止在负反应运算中运用电压比较器,因为它们是为开环运算而规划的,缺少用于安稳负反应运算的频率补偿。 可是,图4中的大功率直流电源电路却运用电压比较器来供给适当精确和安稳的差分,如相应的波形所示。怎么回事? 谁说过错+过错≠正确?安稳比较器的频率补偿网络在哪里?
用电压比较器完成的差分器

图4:用电压比较器完成的差分器。

从曲线中获取直线?

图5的大功率直流电源电路对错线性的,因为它包括二极管。 可是,如果我们把注意力集中在–4 V < vI < +4 V范围内运算,就可以看到一切的二极管都是导通的,在这种状况下,它们近似于短路。(我现已为SPICE二极管model D指定了一个非常大的饱满电流,所以这个大功率直流电源电路电流的二极管正向压降不会超越几百毫伏)。鉴于–4 V < vI < +4 V范围内一切的电压都是直线(见上面的轨道),依照欧姆规律,电阻电流也应该是直线。 因而,二极管电流(依据基尔霍夫电流规律KCL似乎是电阻电流的组合)也应该是直线的。 可是,底部迹线却显现非线性二极管电流! 这是怎么回事?莫非KCL停工了吗? 或者这是一个SPICE鬼影?亦或是一个深夜幻觉?
二极管桥大功率直流电源电路

图5:二极管桥大功率直流电源电路。

这个大功率直流电源电路不应该振动吗?

图6的大功率直流电源电路仿真一个扩大器,具有80 dB直流增益、两对极点-零点,以及一个额定的极点。 此外,它在±10 V时饱满。它的波特图提醒出两个频率,在这两个频率上输出相对于输入延迟了180°。 我们运用PSpice的光标东西发现这两个频率约为27 kHz和60 kHz。 并且,这些频率点的增益别离为V(O)/V(I) = –370 V/V 和V(O)/V(I) = –48.3 V/V。
图6:开环增益扩大器具有三个极点、两个零点和±10 V饱满电压。

如果我们现在在这个扩大器周围应用全反应,如图7(上图)所示,预期在27 kHz和60 kHz频率上反应回路内部发生的噪声会被扩大,别离可达到370 V/V和48.3 V/ V,每次循环都会引起两个发散呼应。 因为±10 V的饱满极限,我们预计大功率直流电源电路会在27 kHz和60 kHz邻近别离呈现两种振动形式的稳态景象。

图7:对图6扩大器进行全增益运算装备。频率呼应(上图)和单位阶跃呼应(下图)。

从图7的频率和瞬态呼应,我们看到一个适当安稳的大功率直流电源电路。你能直观地证明这一点吗?设想你正在向一个热心的人文专业学生——比方你的女友——解说这个大功率直流电源电路现象。不要谈奈奎斯特安稳规范,也没有柯西观点,更没有艰深的数学东西,如果可能的话,只用你的物理直觉。

相关文章

在线留言

*

*

◎欢迎您的留言,您也可以通过以下方式联系我们:

◎客户服务热线:021-51095123

◎邮箱:xin021@126.com

021-51095123
扫描二维码关注我们

扫描二维码 关注我们