Untersuchung subharmonischer Schwingungen in Schaltnetzteilen im Spitzenstrombetrieb
DC-DC-Schaltnetzteile werden häufig in den Bereichen Elektronik, Elektrogeräte und Haushaltsgeräte verwendet und haben aufgrund ihrer Vorteile wie geringe Größe, geringes Gewicht, hoher Wirkungsgrad, stabile Leistung usw. eine Phase rasanter Entwicklung durchlaufen. DC-DC-Schaltnetzteile verwenden Leistungshalbleiter als Schalter und passen die Ausgangsspannung durch Steuerung des Arbeitszyklus der Schalter an. Ihre Steuerkreistopologie ist in Strommodus und Spannungsmodus unterteilt. Die Strommodussteuerung wird häufig aufgrund ihrer Vorteile wie schnelle dynamische Reaktion, vereinfachte Kompensationsschaltung, große Verstärkungsbandbreite, geringe Ausgangsinduktivität und einfache Entzerrung verwendet. Die Strommodussteuerung ist weiter in Spitzenstromsteuerung und Durchschnittsstromsteuerung unterteilt. Die Vorteile der Spitzenstromsteuerung sind: 1) schnellere transiente Reaktion des geschlossenen Regelkreises, schnellere transiente Reaktion auf Änderungen der Eingangsspannung und Änderungen der Ausgangslast; 2) einfache Gestaltung des Regelkreises; 3) einfacher und automatischer magnetischer Ausgleich; 4) Funktion zur Begrenzung des Spitzenstroms usw. Der Spitzenstrom der Induktivität kann jedoch dazu führen, dass im System subharmonische Schwingungen auftreten. Obwohl dies in vielen Veröffentlichungen bis zu einem gewissen Grad erwähnt wird, gibt es keine systematische Untersuchung der subharmonischen Schwingungen, insbesondere ihrer Ursachen und spezifischen Schaltungsimplementierung. In diesem Artikel werden subharmonische Schwingungen systematisch untersucht.
1 Die Ursache der subharmonischen Schwingung
Am Beispiel eines PWM-modulierten Peak-Current-Mode-Schaltnetzteils werden die Ursachen für subharmonische Schwingungen aus verschiedenen Perspektiven detailliert analysiert.
Für den Strom-Innenschleifen-Steuerungsmodus zeigt Abb. 2 die Induktorstromänderung, wenn der Systemarbeitszyklus größer als 50 % ist und der Induktorstrom einen kleinen Schritt durchläuft △ Seal Script, wobei die durchgezogene Linie die Wellenform des Induktorstroms während des normalen Betriebs des Systems ist und die gestrichelte Linie die tatsächliche Betriebswellenform des Induktorstroms. Es ist zu erkennen, dass: 1) der Induktorstromfehler des letzten Taktzyklus größer ist als der des vorherigen Zyklus, d. h. das Induktorstromfehlersignal schwingt und breitet sich aus und das System ist instabil; 2) die Schwingungsperiode ist doppelt so groß wie die Schaltperiode, d. h. die Schwingungsfrequenz beträgt 1/2 der Schaltfrequenz, daher der Name der subharmonischen Schwingung. Abbildung 3 zeigt, dass bei einem System-Arbeitszyklus von mehr als 50 % und einem kleinen AD-Schritt bei Änderung des Induktorstroms auch subharmonische Schwingungen im System auftreten. Und wenn der System-Arbeitszyklus weniger als 50 % beträgt, obwohl der Induktorstrom oder die Arbeitszyklusstörung
