La principale chose qui vous manque, c'est que ce qui est mis dans le filtre LC n'est pas nécessairement toujours une onde carrée. C'est lorsque le convertisseur abaisseur est en mode continu , mais à moins que vous ne sachiez que pour toujours être le cas, vous ne pouvez pas supposer l'entrée d'onde carrée du filtre comme vous l'êtes.

En mode continu, la tension de sortie est idéalement la tension d'entrée multipliée par le rapport cyclique. Cependant, ce n'est pas si simple dans le monde réel. Même si la tension d'entrée reste constante, il faut tenir compte de la résistance CC de l'inductance, de la tension aux bornes du commutateur et de la tension entre la diode et la terre pendant le temps d'impulsion bas.

Ce dernier peut être atténué par une rectification synchrone, mais ce n'est pas parfait non plus. Au moins, il y a la chute de tension à travers tout ce qui est utilisé comme commutateur de redresseur synchrone. Le calendrier de rectification synchrone est également généralement rendu prudent, ce qui signifie qu'il se trompe du côté de rester un peu trop court plutôt que trop long. Le coût de la coupure un peu tôt est plus de chute de tension à la fin de la partie flyback de l'impulsion. Cependant, le coût d'une mise en marche trop tardive est de tirer à travers, ce qui diminue rapidement l'efficacité et risque d'endommager les pièces.

J'ai vu des alimentations pré-régulées qui étaient des commutateurs abaisseur à cycle de service fixe. Dans un cas, il a été utilisé pour abaisser une tension de distribution de 48 V à un 12 V approximatif, qui a été distribué localement et a chuté aux tensions réglées finales par d'autres alimentations. Peu importe si le 12 V variait un peu.

Une alimentation électrique à usage général doit également être conçue pour supporter une faible charge. En dessous d'une certaine charge pour n'importe quelle fréquence de commutation, un commutateur abaisseur ne peut pas maintenir le mode continu. Certaines fournitures OEM indiquent simplement qu'une charge minimale est requise.

Les fournitures à usage plus général reviennent en mode discontinu.Dans ce cas, votre hypothèse d'onde carrée fixe échoue.Maintenant, il y a vraiment 3 parties dans le cycle.Au début, l'entrée du filtre LC est activement conduite à l'état haut.Lorsque cela s'arrête, la partie flyback commence, ce qui entraîne l'entrée au niveau bas.Ensuite, il y a la troisième phase en mode discontinu où vous considérez l'entrée effectivement haute impédance.La fonction du rapport cyclique à la tension de sortie n'est plus linéaire.

Un convertisseur abaisseur peut en effet être visualisé comme un générateur d'onde carrée à basse impédance alimentant un filtre passe-bas combinant une inductance \ $ L \ $ et un condensateur \ $ C \ $. Cependant, comme vous pouvez l'imaginer, lorsque l'interrupteur d'alimentation se ferme, \ $ V_ {in} \ $ n'est pas la valeur appliquée à la borne d'inductance du côté gauche. La source d'entrée subit une chute de tension inhérente à l'interrupteur d'alimentation \ $ r_ {DS (on)} \ $ et à la perte ohmique de l'inductance \ $ r_L \ $. En conséquence, la tension de l'inductance à l'état passant n'est pas \ $ V_ {in} -V_ {out} \ $ mais inférieure à celle indiquée dans l'image de gauche:

Pendant le temps d'arrêt, en mode de conduction continue ou CCM, la borne gauche de l'inducteur ne tombe pas à 0 V mais à la diode qui descend vers l'avant qui force le nœud à osciller sous le sol. Par conséquent, lorsque vous appliquez la loi d'équilibre volt-seconde pour l'inductance, vous vous rendez compte que la formule de tension de sortie complète incluant ces pertes diffère de la simple formule de CCM, \ $ V_ {out} = DV_ {in} \ $. Vous pourriez compliquer davantage l'expression en incluant le temps de récupération de la diode et les pertes d'activation et de désactivation du commutateur.

En pratique, comme vous l'avez dit, un convertisseur abaisseur fonctionnant par CCM avec 0 parasites et fonctionnant à une tension d'entrée constante n'aurait pas besoin d'une boucle pour maintenir son point de fonctionnement de sortie. Cependant, comme vous pouvez le voir, plusieurs éléments parasites affectent la fonction de transfert CC et une boucle de commande doit corriger la tension de commande forçant la tension de sortie à atteindre la cible. La résistance de charge affectera la fréquence de coin mais très marginalement en fait, impliquant \ $ r_L \ $ et \ $ r_C \ $. La boucle est là pour vraiment rendre le régulateur (le point de consigne est fixe) insensible aux perturbations externes comme la tension d'entrée et le courant de sortie. Voir l'image ci-dessous:

Vous voyez l'effet de la boucle sur plusieurs paramètres:

• la tension de sortie: évidemment vous voulez un \ $ V_ {out} \ $ régulé avec précision donc vous avez besoin de gain dans votre boucle (pas de gain, pas de système de contrôle) pour a) réduire autant que possible l'erreur statique b) assurer un système à réaction rapide à une demande de puissance soudaine c) rendre le système robuste aux perturbations externes.
• l'impédance de sortie: comme vous pouvez le voir, l'impédance de sortie est entravée par tous les parasites comme le \ $ r_ {DS (on)} \ $, les pertes ohmiques etc. La réponse en petit signal à un pas est dictée par l'impédance de sortie. Vous voulez donc que cette impédance soit de valeur suffisamment faible pour vous assurer que la chute de sortie lorsque le courant de charge change reste raisonnable. Le gain de la boucle fonctionnera pour réduire l'impédance de sortie par la fonction de sensibilité \ $ S = \ frac {1} {1 + T (s)} \ $ dans laquelle \ $ T \ $ est le gain de la boucle.
• idem pour l'autre perturbation, \ $ V_ {in} \ $. Lorsque vous avez \ $ V_ {out} = DV_ {in} \ $ vous pouvez voir que si vous différenciez \ $ V_ {out} (V_ {in}) \ $ par rapport à \ $ ​​V_ {in} \ $ vous obtenez \ $ D \ $. Cela signifie que tout changement statique de la tension d'entrée sera propagé à la sortie par \ $ D \ $. Pas très bien. Encore une fois, l'ajout de la boucle améliorera cette réjection de tension d'entrée ou audiosusceptibilité par la fonction de sensibilité.

Vous supposez que l'alimentation à découpage (SMPS) utilise la modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour passer un niveau de tension moyen et que le filtre LC supprime la partie de commutation pour laisser cette tension moyenne.Cependant, ce n'est pas ainsi qu'ils fonctionnent.

Un SMPS utilise PWM pour transmettre l'énergie d'une source afin de la stocker sur un condensateur afin que le niveau de tension sur ce condensateur soit tel que défini par le circuit de rétroaction.

Au fur et à mesure que la charge change et nécessite plus ou moins d'énergie, le SMPS change la vitesse à laquelle cette énergie est transférée pour maintenir ce condensateur à la tension cible.Si la charge disparaît complètement, le PWM peut s'arrêter.

Si votre charge est fixe et que votre alimentation d'entrée est également fixe, alors une opération PWM en régime permanent se produira, mais c'est en fait assez rare.Si vous essayez sans retour, TOUTE différence de charge ou de source entraînera une dérive de la tension de sortie dans un sens ou dans l'autre au fil du temps car le transfert d'énergie sera soit trop élevé, soit trop faible.

La réponse ci-dessus est vraiment excellente, merci.

Parmi les effets de non-idéalité des commutateurs, des diodes et du DCM, je pense que l'une des raisons est la réponse transitoire.Pour avoir une réponse transitoire rapide, vous devez avoir une fréquence de croisement élevée qui rend la réponse rapide.Mais le filtre LC coupe en fait le 0 dB en plusieurs kHz.Habituellement, vous voulez que votre fréquence de croisement soit aussi élevée que possible mais ne dépasse pas la moitié de la fréquence de commutation en ce qui concerne le taux de Nyquist.Vous avez donc besoin du feedback pour vous donner un gain pour que vous puissiez faire en sorte que la fréquence de croisement soit d'environ cent kHz.

Si l'on concevait un commutateur en mode buck avec des commutateurs synchrones plutôt que des diodes, et si les commutateurs pouvaient véhiculer du courant dans les deux sens, alors l'alimentation acheminerait la puissance du capuchon d'alimentation au plafond de charge lorsque sa tension de sortie est inférieure à la moitié de la tension d'entrée, et du plafond de charge au plafond d'alimentation quand il est plus grand, obtenant ainsi une régulation quelque peu bâclée (mais peut-être utile). Si rien ne tire le courant du plafond de charge, alors un système entraîné avec un service de 50% se stabiliserait vers un mode qui:

1. Alimentez le courant du plafond de charge au plafond d'alimentation pour le premier quart de chaque cycle, en utilisant l'énergie stockée dans l'inducteur pour conduire le courant contre la différence de potentiel.

2. Alimentez le courant du plafond d'alimentation au plafond de charge au cours du trimestre suivant, tout en chargeant l'inducteur avec l'énergie de la différence de potentiel.

3. Continuez à fournir du courant dans le plafond de charge (avec l'alimentation déconnectée) au cours du prochain trimestre, en utilisant l'énergie stockée dans l'inducteur.

4. Tirez le courant du plafond de charge (à nouveau avec l'alimentation déconnectée) au cours du dernier trimestre, en stockant cette énergie dans l'inducteur.

Si les commutateurs peuvent tous fonctionner dans les deux sens, le système serait stable dans ce modèle. Si, cependant, un ou les deux interrupteurs ne peuvent fonctionner que dans un seul sens, toute énergie transférée dans l'inducteur à partir de la source devrait soit être transférée vers le plafond de charge, soit être dissipée sous forme de chaleur quelque part. La quantité d'énergie que l'inducteur reçoit de la source dans un cycle "on" dépendra de la quantité de courant qui le traversait initialement, mais si le courant initial ne peut pas être négatif, l'énergie reçue dans un cycle en marche aura un effet non trivial. le minimum. S'il n'y a nulle part où aller pour cette énergie, le temps «on» doit être réduit.