หน้าแรก คลังความรู้ อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
Power Electronics ดูครบทุกส่วน · 22 หน้า
// บทที่ 15 · Power Electronics · ป.ตรี → ป.โท
อิเล็กทรอนิกส์กำลัง (Power Electronics)
อิเล็กทรอนิกส์กำลังคือการแปลงและควบคุมพลังงานไฟฟ้าด้วยสวิตช์สารกึ่งตัวนำให้มีประสิทธิภาพสูงสุด ตั้งแต่ที่ชาร์จโทรศัพท์จนถึงอินเวอร์เตอร์รถยนต์ไฟฟ้า หัวใจของวิชาไม่ใช่การจำวงจร แต่คือคณิตศาสตร์ของการสวิตช์ — volt-second balance การเฉลี่ยสถานะ Laplace และ z-transform — แล้วนำไปออกแบบ วัด และแก้ปัญหาของจริง ชุดนี้มี 23 หน้า 84 สูตรที่มีรหัสอ้างอิงถาวร 20 ตัวอย่างวิธีทำ และแล็บจำลองที่ใช้ได้ทันทีในเบราว์เซอร์
สรุปใน 30 วินาที
สถานะคงตัว: ⟨ v L ⟩ = 0 \langle v_L\rangle = 0 ⟨ v L ⟩ = 0 (volt-second) และ ⟨ i C ⟩ = 0 \langle i_C\rangle = 0 ⟨ i C ⟩ = 0 (charge) ให้อัตราส่วนแปลงผันของทุกวงจร
บั๊ก D D D · บูสต์ 1 1 − D \frac{1}{1-D} 1 − D 1 · บั๊ก-บูสต์และชุค − D 1 − D -\frac{D}{1-D} − 1 − D D
เฉลี่ยตลอดคาบแล้ว linearize ได้ G v d ( s ) G_{vd}(s) G v d ( s ) → ออกแบบตัวชดเชยด้วย Bode
ของจริงพังที่ layout การวัด และแม่เหล็ก มากกว่าที่สมการ — ดูหมวดภาคปฏิบัติ
ระดับ พื้นฐาน ปวส. · ป.ตรี ปี 2–3กลาง ป.ตรี ปี 3–4ขั้นสูง ป.โท · งานวิจัย
สมการที่ต้องรู้ตั้งแต่วันแรก พื้นฐาน
ในสถานะคงตัว แรงดันเฉลี่ยบนตัวเหนี่ยวนำและกระแสเฉลี่ยของตัวเก็บประจุเป็นศูนย์ สองบรรทัดนี้ให้อัตราส่วนแปลงผัน M ( D ) M(D) M ( D ) ของทุกวงจร
⟨ v L ⟩ = 1 T s ∫ 0 T s v L d t = 0 ⟨ i C ⟩ = 1 T s ∫ 0 T s i C d t = 0 \langle v_L\rangle = \frac{1}{T_s}\int_0^{T_s} v_L\,dt = 0 \qquad \langle i_C\rangle = \frac{1}{T_s}\int_0^{T_s} i_C\,dt = 0 ⟨ v L ⟩ = T s 1 ∫ 0 T s v L d t = 0 ⟨ i C ⟩ = T s 1 ∫ 0 T s i C d t = 0
วงจร V o / V i n V_o/V_{in} V o / V in (CCM)แรงดันบนสวิตช์ กระแสขาเข้า ข้อสังเกตด้านควบคุม
บั๊ก D D D V i n V_{in} V in เป็นพัลส์ ไม่มี RHP zero ควบคุมง่าย
บูสต์ 1 1 − D \dfrac{1}{1-D} 1 − D 1 V o V_o V o ต่อเนื่อง มี RHP zero
บั๊ก-บูสต์ − D 1 − D -\dfrac{D}{1-D} − 1 − D D V i n + ∣ V o ∣ V_{in}+|V_o| V in + ∣ V o ∣ เป็นพัลส์ มี RHP zero กลับขั้ว
ชุค − D 1 − D -\dfrac{D}{1-D} − 1 − D D V i n + ∣ V o ∣ V_{in}+|V_o| V in + ∣ V o ∣ ต่อเนื่อง (เข้าและออก) อันดับสี่ ต้องหน่วง
บั๊กเชิงลึก: ไล่วงจร → แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ → ออกแบบและทดสอบ กลาง
ชุดห้าหน้าที่พาตั้งแต่ "ตั้งดิวตี้เท่าไร" ไปจนถึง "ออกแบบแล้วจ่ายกระแสได้เท่าไร" ทุกหน้ามีที่มาครบ ตัวอย่างตรวจตัวเลขกับการจำลองสวิตชิ่ง แล็บโต้ตอบ และใบงาน
CCM: ไล่วงจรหาดิวตี้ KVL/KCL → volt-second → D = V o / V g D = V_o/V_g D = V o / V g → ค่าแฝง (สูตร H1–H9)
DCM: ดิวตี้ตามโหลด D₁ D₂ D₃ → M ( D , K ) M(D,K) M ( D , K ) → D = M K / ( 1 − M ) D = M\sqrt{K/(1-M)} D = M K / ( 1 − M ) (สูตร J1–J10)
แบบจำลองเฉลี่ยและสเตตสเปซ เฉลี่ยกระแส/แรงดัน → สัญญาณเล็ก → A, B, C, E (สูตร X1–X10)
ฟังก์ชันถ่ายโอนทุกคู่ G v d , G v g , Z o u t , Z i n , G i L d G_{vd}, G_{vg}, Z_{out}, Z_{in}, G_{iLd} G v d , G vg , Z o u t , Z in , G i L d + DCM + เครื่องวัดเสมือน (T1–T12)
ออกแบบ + โปรแกรมโหลด 48 ชิ้นส่วน · ความเค้น · โหลดหลายสภาวะ · load line (D1–D9)
ทุกบทในชุดนี้
ส่วนที่ 1 วงจรแปลงผัน DC-DC DC-DC Converters บั๊ก บูสต์ บั๊ก-บูสต์ และชุค ตั้งแต่ volt-second balance ริปเปิล CCM/DCM ความเค้น การสูญเสีย จนถึงฟังก์ชันถ่ายโอนและตัวอย่างออกแบบ
ส่วนที่ 2 การควบคุมและตัวชดเชย Modeling & Control แบบจำลองสัญญาณเล็ก ออกแบบตัวชดเชย Type II/III ควบคุมด้วยออปแอมป์และไมโครคอนโทรลเลอร์ ตัวสังเกตสถานะ และ AI ช่วยควบคุม
ส่วนที่ 3 ออกแบบฮาร์ดแวร์ Hardware Design พันตัวเหนี่ยวนำ เลือกแหล่งจ่ายทดสอบ เลือกชิปควบคุมและไมโครคอนโทรลเลอร์ และภาพรวมแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่ง
ส่วนที่ 4 ภาคปฏิบัติและแล็บ Practice & Lab เทคนิคหน้างาน การวัด การ bring-up งานบำรุงรักษา วิเคราะห์อาการเสีย และแล็บจำลองคอนเวอร์เตอร์พร้อมใบงาน
ลองเลย: แล็บคอนเวอร์เตอร์ขนาดเล็ก
บั๊ก 24 V → 12 V แบบ open loop เปลี่ยนวงจร duty ค่า L C หรือโหลด แล้วดูกระแสตัวเหนี่ยวนำและแรงดันขาออกบนสโคปทันที ฉบับเต็มพร้อมเครื่องคำนวณตัวเหนี่ยวนำและใบงานอยู่ที่ แล็บจำลอง
ต้องเปิด JavaScript เพื่อใช้แล็บ
ทุกสูตรมีรหัสถาวร (B บั๊ก · H บั๊ก CCM · J บั๊ก DCM · X แบบจำลองเฉลี่ย · T ฟังก์ชันถ่ายโอน · D ออกแบบบั๊ก · U บูสต์ · W บั๊ก-บูสต์ · K ชุค · S แบบจำลอง · C ตัวชดเชย · A อนาล็อก · Z ดิจิทัล · O ตัวสังเกต · L ตัวเหนี่ยวนำ · V แหล่งจ่าย) อ้างอิงข้ามหน้าได้
ค้นหาสูตร
ทั้งหมด 84 สูตร
ทุกหน้า B · บั๊ก H · บั๊ก CCM · หา D J · บั๊ก DCM · หา D X · แบบจำลองเฉลี่ย T · ฟังก์ชันถ่ายโอนทุกแบบ D · ออกแบบ · โปรแกรมโหลด U · บูสต์ W · บั๊ก-บูสต์ K · ชุค (Ćuk) S · แบบจำลองสัญญาณเล็ก C · ออกแบบตัวชดเชย A · ควบคุมแบบอนาล็อก Z · ควบคุมแบบดิจิทัล O · ตัวสังเกตกระแส L · ออกแบบตัวเหนี่ยวนำ V · แหล่งจ่ายทดสอบ F · แหล่งจ่ายสวิตชิ่ง
B1 Volt-second balance (buck) อัตราส่วนแปลงผัน ( V i n − V o ) D T s + ( − V o ) ( 1 − D ) T s = 0 ⇒ V o = D V i n (V_{in}-V_o)\,DT_s + (-V_o)(1-D)T_s = 0 \;\Rightarrow\; \boxed{V_o = D\,V_{in}} ( V in − V o ) D T s + ( − V o ) ( 1 − D ) T s = 0 ⇒ V o = D V in
B2 Conversion ratio with parasitics อัตราส่วนเมื่อมีค่าแฝง V o ≈ D V i n − ( 1 − D ) V F 1 + ( r L + D R d s ( o n ) ) / R V_o \approx \frac{D V_{in} - (1-D)V_F}{1 + (r_L + D R_{ds(on)})/R} V o ≈ 1 + ( r L + D R d s ( o n ) ) / R D V in − ( 1 − D ) V F
B3 Inductor & output ripple ริปเปิลกระแสและแรงดัน Δ i L = ( V i n − V o ) D L f s = V o ( 1 − D ) L f s , Δ v o ≈ Δ i L 8 C f s ⏟ charge + Δ i L ⋅ E S R ⏟ ESR \Delta i_L = \frac{(V_{in}-V_o)D}{L f_s} = \frac{V_o(1-D)}{L f_s},
\qquad
\Delta v_o \approx \underbrace{\frac{\Delta i_L}{8 C f_s}}_{\text{charge}} + \underbrace{\Delta i_L \cdot ESR}_{\text{ESR}} Δ i L = L f s ( V in − V o ) D = L f s V o ( 1 − D ) , Δ v o ≈ charge 8 C f s Δ i L + ESR Δ i L ⋅ ESR
B4 DCM conversion ratio อัตราส่วนใน DCM M = V o V i n = 2 1 + 1 + 4 K / D 2 M = \frac{V_o}{V_{in}} = \frac{2}{1+\sqrt{1+4K/D^2}} M = V in V o = 1 + 1 + 4 K / D 2 2
B5 Conduction & switching losses การสูญเสีย P c o n d = I Q , r m s 2 R d s ( o n ) + V F I D , a v g + I L , r m s 2 r L , P s w ≈ 1 2 V i n I o ( t r + t f ) f s + Q r r V i n f s + Q g V G S f s + 1 2 C o s s V i n 2 f s P_{cond}=I_{Q,rms}^2R_{ds(on)} + V_F I_{D,avg} + I_{L,rms}^2 r_L,\quad
P_{sw}\approx \tfrac12 V_{in} I_o (t_r+t_f) f_s + Q_{rr}V_{in}f_s + Q_g V_{GS} f_s + \tfrac12 C_{oss}V_{in}^2 f_s P co n d = I Q , r m s 2 R d s ( o n ) + V F I D , a vg + I L , r m s 2 r L , P s w ≈ 2 1 V in I o ( t r + t f ) f s + Q rr V in f s + Q g V GS f s + 2 1 C oss V in 2 f s
B6 Control-to-output transfer function ฟังก์ชันถ่ายโอน Gvd G v d ( s ) = v ^ o d ^ = V i n 1 + s E S R ⋅ C L C s 2 + ( L R + E S R ⋅ C ) s + 1 , ω 0 = 1 L C , Q = R C / L G_{vd}(s)=\frac{\hat v_o}{\hat d}= V_{in}\,\frac{1+s\,ESR\cdot C}{LC\,s^2 + \left(\frac{L}{R}+ESR\cdot C\right)s + 1},
\quad \omega_0=\frac{1}{\sqrt{LC}},\; Q = R\sqrt{C/L} G v d ( s ) = d ^ v ^ o = V in L C s 2 + ( R L + ESR ⋅ C ) s + 1 1 + s ESR ⋅ C , ω 0 = L C 1 , Q = R C / L
H1 Inductor equation in each interval สมการตัวเหนี่ยวนำแต่ละช่วง ON: L d i L d t = V g − v o ≈ V g − V o OFF: L d i L d t = − v o ≈ − V o \text{ON: } L\frac{di_L}{dt} = V_g - v_o \approx V_g - V_o \qquad\qquad \text{OFF: } L\frac{di_L}{dt} = -v_o \approx -V_o ON: L d t d i L = V g − v o ≈ V g − V o OFF: L d t d i L = − v o ≈ − V o
H2 Inductor current ripple ริปเปิลกระแสตัวเหนี่ยวนำ Δ i L (ON) = V g − V o L D T s Δ i L (OFF) = − V o L D ′ T s \Delta i_L^{\text{(ON)}} = \frac{V_g - V_o}{L}\,DT_s \qquad \Delta i_L^{\text{(OFF)}} = -\frac{V_o}{L}\,D'T_s Δ i L (ON) = L V g − V o D T s Δ i L (OFF) = − L V o D ′ T s
H3 Volt-second balance → conversion ratio (CCM) อัตราส่วนแปลงผันและดิวตี้ ( V g − V o ) D T s ⏟ A 1 + ( − V o ) D ′ T s ⏟ − A 2 = 0 ⇒ V o V g = D D = V o V g \underbrace{(V_g - V_o)\,DT_s}_{A_1} + \underbrace{(-V_o)\,D'T_s}_{-A_2} = 0 \;\Rightarrow\; \boxed{\frac{V_o}{V_g} = D} \qquad \boxed{D = \frac{V_o}{V_g}} A 1 ( V g − V o ) D T s + − A 2 ( − V o ) D ′ T s = 0 ⇒ V g V o = D D = V g V o
H4 Charge balance and currents สมดุลประจุและกระแสเฉลี่ย ⟨ i C ⟩ = 0 ⇒ I L = I o = V o R , I g = D I L \langle i_C\rangle = 0 \;\Rightarrow\; I_L = I_o = \frac{V_o}{R},\qquad I_g = D\,I_L ⟨ i C ⟩ = 0 ⇒ I L = I o = R V o , I g = D I L
H5 Current extremes and ripple ค่าสูงสุด–ต่ำสุดของกระแสและริปเปิล Δ i L = V o ( 1 − D ) L f s = ( V g − V o ) D L f s , I L , max / min = I o ± Δ i L 2 \Delta i_L = \frac{V_o(1-D)}{L f_s} = \frac{(V_g - V_o)D}{Lf_s},\qquad I_{L,\max/\min} = I_o \pm \frac{\Delta i_L}{2} Δ i L = L f s V o ( 1 − D ) = L f s ( V g − V o ) D , I L , m a x / m i n = I o ± 2 Δ i L
H6 Output voltage ripple ริปเปิลแรงดันขาออก Δ v o ( C ) = Δ i L 8 C f s , Δ v o ( E S R ) = Δ i L r C , Δ v o , p p ≤ Δ v o ( C ) + Δ v o ( E S R ) \Delta v_{o}^{(C)} = \frac{\Delta i_L}{8\,C f_s}, \qquad \Delta v_o^{(ESR)} = \Delta i_L\, r_C, \qquad \Delta v_{o,pp} \le \Delta v_o^{(C)} + \Delta v_o^{(ESR)} Δ v o ( C ) = 8 C f s Δ i L , Δ v o ( ESR ) = Δ i L r C , Δ v o , pp ≤ Δ v o ( C ) + Δ v o ( ESR )
H7 CCM/DCM boundary ขอบเขตโหมดกระแสต่อเนื่อง K ≡ 2 L R T s > K c r i t ( D ) = 1 − D K \equiv \frac{2L}{RT_s} > K_{crit}(D) = 1-D K ≡ R T s 2 L > K cr i t ( D ) = 1 − D
H8 Output voltage with parasitics แรงดันขาออกเมื่อมีความต้านทานแฝง V o = D V g − D ′ V F 1 + R s / R , R s = r L + D R o n + D ′ R d V_o = \frac{D V_g - D' V_F}{1 + R_s/R},\qquad R_s = r_L + D\,R_{on} + D'\,R_d V o = 1 + R s / R D V g − D ′ V F , R s = r L + D R o n + D ′ R d
H9 Required duty cycle with parasitics ดิวตี้ที่ต้องใช้เมื่อมีค่าแฝง D = V o + V F + I L ( r L + R d ) V g + V F − I L ( R o n − R d ) , I L = V o R \boxed{D = \frac{V_o + V_F + I_L\,(r_L + R_d)}{V_g + V_F - I_L\,(R_{on} - R_d)}},\qquad I_L = \frac{V_o}{R} D = V g + V F − I L ( R o n − R d ) V o + V F + I L ( r L + R d ) , I L = R V o
J1 Three intervals of DCM สามช่วงเวลาของ DCM D 1 + D 2 + D 3 = 1 , D 1 = D , D 3 > 0 ⇔ DCM D_1 + D_2 + D_3 = 1,\qquad D_1 = D,\qquad D_3 > 0 \;\Leftrightarrow\; \text{DCM} D 1 + D 2 + D 3 = 1 , D 1 = D , D 3 > 0 ⇔ DCM
J2 Peak inductor current กระแสพีกตัวเหนี่ยวนำ i p k = ( V g − V o ) D 1 T s L = V g ( 1 − M ) D 1 L f s i_{pk} = \frac{(V_g - V_o)\,D_1T_s}{L} = \frac{V_g(1-M)\,D_1}{Lf_s} i p k = L ( V g − V o ) D 1 T s = L f s V g ( 1 − M ) D 1
J3 Interval lengths D₂ and D₃ ความยาวช่วง D₂ และ D₃ D 2 = D 1 1 − M M , D 3 = 1 − D 1 − D 2 = 1 − D 1 M D_2 = D_1\,\frac{1-M}{M},\qquad D_3 = 1 - D_1 - D_2 = 1 - \frac{D_1}{M} D 2 = D 1 M 1 − M , D 3 = 1 − D 1 − D 2 = 1 − M D 1
J4 Average current in DCM กระแสเฉลี่ยใน DCM I o = V o R = 1 2 i p k ( D 1 + D 2 ) = 1 2 i p k D 1 M I_o = \frac{V_o}{R} = \frac{1}{2}\,i_{pk}\,(D_1 + D_2) = \frac{1}{2}\,i_{pk}\,\frac{D_1}{M} I o = R V o = 2 1 i p k ( D 1 + D 2 ) = 2 1 i p k M D 1
J5 DCM conversion ratio อัตราส่วนแปลงผันใน DCM M = V o V g = 2 1 + 1 + 4 K / D 2 , K = 2 L R T s \boxed{M = \frac{V_o}{V_g} = \frac{2}{1+\sqrt{1+4K/D^2}}},\qquad K = \frac{2L}{RT_s} M = V g V o = 1 + 1 + 4 K / D 2 2 , K = R T s 2 L
J6 Required duty in DCM ดิวตี้ที่ต้องใช้ใน DCM D = M K 1 − M = 2 L I o V o T s V g ( V g − V o ) \boxed{D = M\sqrt{\frac{K}{1-M}}} = \sqrt{\frac{2L\,I_o\,V_o}{T_s\,V_g\,(V_g - V_o)}} D = M 1 − M K = T s V g ( V g − V o ) 2 L I o V o
J7 Boundary between CCM and DCM ขอบเขตระหว่าง CCM และ DCM K = 1 − D ⇔ I o , c r i t = V o ( 1 − V o / V g ) 2 L f s DCM เมื่อ I o < I o , c r i t K = 1-D \;\Leftrightarrow\; I_{o,crit} = \frac{V_o(1-V_o/V_g)}{2Lf_s} \qquad \text{DCM เมื่อ } I_o < I_{o,crit} K = 1 − D ⇔ I o , cr i t = 2 L f s V o ( 1 − V o / V g ) DCM เมื่อ I o < I o , cr i t
J8 No-load limit ขีดจำกัดเมื่อไร้โหลด R → ∞ ⇒ K → 0 ⇒ M → 1 ( ประมาณ M ≈ 1 − K 2 D 2 เมื่อ K ≪ D 2 ) R\to\infty \;\Rightarrow\; K\to 0 \;\Rightarrow\; M \to 1 \qquad \left(\text{ประมาณ } M \approx 1 - \frac{K}{2D^2}\ \text{เมื่อ } K \ll D^2\right) R → ∞ ⇒ K → 0 ⇒ M → 1 ( ประมาณ M ≈ 1 − 2 D 2 K เมื่อ K ≪ D 2 )
J9 Currents in DCM กระแสต่างๆ ใน DCM I Q , r m s = i p k D 1 3 , I D , r m s = i p k D 2 3 , I L , r m s = i p k D 1 + D 2 3 I_{Q,rms} = i_{pk}\sqrt{\frac{D_1}{3}},\qquad I_{D,rms} = i_{pk}\sqrt{\frac{D_2}{3}},\qquad I_{L,rms} = i_{pk}\sqrt{\frac{D_1+D_2}{3}} I Q , r m s = i p k 3 D 1 , I D , r m s = i p k 3 D 2 , I L , r m s = i p k 3 D 1 + D 2
J10 Output ripple in DCM (ESR = 0) ริปเปิลแรงดันใน DCM Δ v o = Δ Q C = ( i p k − I o ) 2 ( D 1 + D 2 ) T s 2 C i p k \Delta v_o = \frac{\Delta Q}{C} = \frac{(i_{pk} - I_o)^2\,(D_1+D_2)\,T_s}{2\,C\,i_{pk}} Δ v o = C Δ Q = 2 C i p k ( i p k − I o ) 2 ( D 1 + D 2 ) T s
X1 Switched state equations (ideal buck) สมการสถานะแต่ละช่วงของบั๊กอุดมคติ A 1 = A 2 = [ 0 − 1 L 1 C − 1 R C ] , B 1 = [ 1 L 0 ] , B 2 = [ 0 0 ] , C 1 = C 2 = [ 0 1 ] A_1 = A_2 = \begin{bmatrix}0 & -\frac1L\\ \frac1C & -\frac1{RC}\end{bmatrix},\qquad B_1 = \begin{bmatrix}\frac1L\\ 0\end{bmatrix},\quad B_2 = \begin{bmatrix}0\\ 0\end{bmatrix},\qquad C_1 = C_2 = \begin{bmatrix}0 & 1\end{bmatrix} A 1 = A 2 = [ 0 C 1 − L 1 − RC 1 ] , B 1 = [ L 1 0 ] , B 2 = [ 0 0 ] , C 1 = C 2 = [ 0 1 ]
X2 Averaged state equation สมการสถานะเฉลี่ย x ˙ = [ d A 1 + d ′ A 2 ] x + [ d B 1 + d ′ B 2 ] v g , v o = [ d C 1 + d ′ C 2 ] x \dot x = \big[dA_1 + d'A_2\big]\,x + \big[dB_1 + d'B_2\big]\,v_g,\qquad v_o = \big[dC_1 + d'C_2\big]\,x x ˙ = [ d A 1 + d ′ A 2 ] x + [ d B 1 + d ′ B 2 ] v g , v o = [ d C 1 + d ′ C 2 ] x
X3 DC operating point จุดทำงาน DC X = − A − 1 B V g , Y = C X X = -A^{-1}B\,V_g,\qquad Y = C X X = − A − 1 B V g , Y = CX
X4 Perturbation expansion การกระจายพจน์จากการรบกวน X ˙ + x ^ ˙ = A X + B V g ⏟ DC: = 0 + A x ^ + B v ^ g + [ ( A 1 − A 2 ) X + ( B 1 − B 2 ) V g ] d ^ ⏟ อันดับหนึ่ง (เชิงเส้น) + ( A 1 − A 2 ) x ^ d ^ + ( B 1 − B 2 ) v ^ g d ^ ⏟ อันดับสอง (ตัดทิ้ง) \begin{aligned} \dot X + \dot{\hat x} &= \underbrace{AX + BV_g}_{\text{DC: } =\,0} \\ &\quad + \underbrace{A\hat x + B\hat v_g + \big[(A_1-A_2)X + (B_1-B_2)V_g\big]\hat d}_{\text{อันดับหนึ่ง (เชิงเส้น)}} \\ &\quad + \underbrace{(A_1-A_2)\hat x\hat d + (B_1-B_2)\hat v_g\hat d}_{\text{อันดับสอง (ตัดทิ้ง)}} \end{aligned} X ˙ + x ^ ˙ = DC: = 0 A X + B V g + อันดับหนึ่ง ( เชิงเส้น ) A x ^ + B v ^ g + [ ( A 1 − A 2 ) X + ( B 1 − B 2 ) V g ] d ^ + อันดับสอง ( ตัดทิ้ง ) ( A 1 − A 2 ) x ^ d ^ + ( B 1 − B 2 ) v ^ g d ^
X5 Small-signal state-space model แบบจำลองสเตตสเปซสัญญาณเล็ก x ^ ˙ = A x ^ + B g v ^ g + B d d ^ , v ^ o = C x ^ \dot{\hat x} = A\hat x + B_g\hat v_g + B_d\hat d,\qquad \hat v_o = C\hat x x ^ ˙ = A x ^ + B g v ^ g + B d d ^ , v ^ o = C x ^
X6 State matrices with parasitics เมทริกซ์สถานะเมื่อมีความต้านทานแฝง A 1 = [ − r L + R o n + b L − a L a C − 1 C ( R + r C ) ] A_1 = \begin{bmatrix}-\dfrac{r_L + R_{on} + b}{L} & -\dfrac aL\\[6pt] \dfrac aC & -\dfrac{1}{C(R+r_C)}\end{bmatrix} A 1 = − L r L + R o n + b C a − L a − C ( R + r C ) 1
X7 Bd with parasitics เวกเตอร์ควบคุมดิวตี้เมื่อมีค่าแฝง B d = [ V g + V F − ( R o n − R d ) I L L 0 ] , B g = [ D / L 0 ] B_d = \begin{bmatrix}\dfrac{V_g + V_F - (R_{on} - R_d)\,I_L}{L}\\[8pt] 0\end{bmatrix},\qquad B_g = \begin{bmatrix}D/L\\ 0\end{bmatrix} B d = L V g + V F − ( R o n − R d ) I L 0 , B g = [ D / L 0 ]
X8 Averaged switch terminal relations ความสัมพันธ์เฉลี่ยที่ขาของสวิตช์ ⟨ i g ⟩ = d ⟨ i L ⟩ , ⟨ v s w ⟩ = d ⟨ v g ⟩ \langle i_g\rangle = d\,\langle i_L\rangle,\qquad \langle v_{sw}\rangle = d\,\langle v_g\rangle ⟨ i g ⟩ = d ⟨ i L ⟩ , ⟨ v s w ⟩ = d ⟨ v g ⟩
X9 Linearized terminal relations (canonical model) ความสัมพันธ์สัญญาณเล็กที่ขา (แบบจำลองมาตรฐาน) v ^ s w = D v ^ g + V g d ^ , i ^ g = D i ^ L + I L d ^ \hat v_{sw} = D\,\hat v_g + V_g\,\hat d,\qquad \hat i_g = D\,\hat i_L + I_L\,\hat d v ^ s w = D v ^ g + V g d ^ , i ^ g = D i ^ L + I L d ^
X10 Validity of the averaged model เงื่อนไขของแบบจำลองเฉลี่ย f ≪ f s ( ใช้จริง f ≲ f s / 10 ) , f 0 ≪ f s , Δ i L I L ≪ 1 , ∣ d ^ ∣ D , ∣ v ^ g ∣ V g ≪ 1 f \ll f_s\ (\text{ใช้จริง } f \lesssim f_s/10),\qquad f_0 \ll f_s,\qquad \frac{\Delta i_L}{I_L} \ll 1,\qquad \frac{|\hat d|}{D},\ \frac{|\hat v_g|}{V_g} \ll 1 f ≪ f s ( ใช้จริง f ≲ f s /10 ) , f 0 ≪ f s , I L Δ i L ≪ 1 , D ∣ d ^ ∣ , V g ∣ v ^ g ∣ ≪ 1
T1 Transfer function from state space ฟังก์ชันถ่ายโอนจากสเตตสเปซ G ( s ) = y ^ ( s ) u ^ ( s ) = C ( s I − A ) − 1 B + E G(s) = \frac{\hat y(s)}{\hat u(s)} = C\,(sI - A)^{-1}B + E G ( s ) = u ^ ( s ) y ^ ( s ) = C ( s I − A ) − 1 B + E
T2 Characteristic polynomial and adjugate (2×2) พหุนามลักษณะเฉพาะและ adjugate Δ ( s ) = det ( s I − A ) = s 2 − tr ( A ) s + det A , adj ( s I − A ) = [ s − a 22 a 12 a 21 s − a 11 ] \Delta(s) = \det(sI - A) = s^2 - \operatorname{tr}(A)\,s + \det A,\qquad \operatorname{adj}(sI-A) = \begin{bmatrix}s - a_{22} & a_{12}\\ a_{21} & s - a_{11}\end{bmatrix} Δ ( s ) = det ( s I − A ) = s 2 − tr ( A ) s + det A , adj ( s I − A ) = [ s − a 22 a 21 a 12 s − a 11 ]
T3 Gvd (ideal buck) ฟังก์ชันถ่ายโอนจากดิวตี้ไปแรงดันขาออก G v d ( s ) = v ^ o d ^ = V g L C s 2 + L R s + 1 G_{vd}(s) = \frac{\hat v_o}{\hat d} = \frac{V_g}{LC\,s^2 + \dfrac{L}{R}\,s + 1} G v d ( s ) = d ^ v ^ o = L C s 2 + R L s + 1 V g
T4 Resonance of the LC filter เรโซแนนซ์ของตัวกรอง LC G 0 = V g , ω 0 = 1 L C , Q = R C L , ζ = 1 2 Q G_0 = V_g,\qquad \omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}},\qquad Q = R\sqrt{\frac CL},\qquad \zeta = \frac1{2Q} G 0 = V g , ω 0 = L C 1 , Q = R L C , ζ = 2 Q 1
T5 Gvg (audio susceptibility) ฟังก์ชันถ่ายโอนจากแรงดันอินพุตไปแรงดันขาออก G v g ( s ) = D L C s 2 + L R s + 1 = D V g G v d ( s ) G_{vg}(s) = \frac{D}{LC\,s^2 + \dfrac LR\,s + 1} \;=\; \frac{D}{V_g}\,G_{vd}(s) G vg ( s ) = L C s 2 + R L s + 1 D = V g D G v d ( s )
T6 GiLd and GiLg ฟังก์ชันถ่ายโอนของกระแสตัวเหนี่ยวนำ G i L d = i ^ L d ^ = V g R ⋅ 1 + s R C L C s 2 + L R s + 1 , G i L g = i ^ L v ^ g = D R ⋅ 1 + s R C L C s 2 + L R s + 1 G_{iLd} = \frac{\hat i_L}{\hat d} = \frac{V_g}{R}\cdot\frac{1 + sRC}{LC\,s^2 + \frac LRs + 1},\qquad G_{iLg} = \frac{\hat i_L}{\hat v_g} = \frac{D}{R}\cdot\frac{1 + sRC}{LC\,s^2 + \frac LRs + 1} G i L d = d ^ i ^ L = R V g ⋅ L C s 2 + R L s + 1 1 + s RC , G i Lg = v ^ g i ^ L = R D ⋅ L C s 2 + R L s + 1 1 + s RC
T7 Output impedance Zout อิมพีแดนซ์ขาออก Z o u t ( s ) = − v ^ o i ^ x = s L L C s 2 + L R s + 1 = s L ∥ 1 s C ∥ R Z_{out}(s) = -\frac{\hat v_o}{\hat i_x} = \frac{sL}{LC\,s^2 + \dfrac LRs + 1} = sL\,\Big\|\,\frac{1}{sC}\,\Big\|\,R Z o u t ( s ) = − i ^ x v ^ o = L C s 2 + R L s + 1 s L = s L s C 1 R
T8 Input impedance Zin (open loop) อิมพีแดนซ์ขาเข้าขณะเปิดวง Y i n = i ^ g v ^ g = D G i L g = D 2 R ⋅ 1 + s R C L C s 2 + L R s + 1 , Z i n = R D 2 ⋅ L C s 2 + L R s + 1 1 + s R C Y_{in} = \frac{\hat i_g}{\hat v_g} = D\,G_{iLg} = \frac{D^2}{R}\cdot\frac{1+sRC}{LC\,s^2+\frac LRs+1},\qquad Z_{in} = \frac{R}{D^2}\cdot\frac{LC\,s^2+\frac LRs+1}{1+sRC} Y in = v ^ g i ^ g = D G i Lg = R D 2 ⋅ L C s 2 + R L s + 1 1 + s RC , Z in = D 2 R ⋅ 1 + s RC L C s 2 + R L s + 1
T9 Exact denominator with parasitics ตัวส่วนที่แม่นยำเมื่อมีค่าแฝง Δ ( s ) = 1 + a 1 s + s 2 ω 0 2 \Delta(s) = 1 + a_1 s + \frac{s^2}{\omega_0^2} Δ ( s ) = 1 + a 1 s + ω 0 2 s 2
T10 Exact transfer functions with parasitics ฟังก์ชันถ่ายโอนรูปปิดเมื่อมีค่าแฝง β = V g + V F − ( R o n − R d ) I L \beta = V_g + V_F - (R_{on}-R_d)I_L β = V g + V F − ( R o n − R d ) I L
T11 DCM transfer functions (first order) ฟังก์ชันถ่ายโอนใน DCM (อันดับหนึ่ง) G v d = G d 0 1 + s / ω p , G d 0 = 2 V o D ⋅ 1 − M 2 − M G_{vd} = \frac{G_{d0}}{1 + s/\omega_p},\qquad G_{d0} = \frac{2V_o}{D}\cdot\frac{1-M}{2-M} G v d = 1 + s / ω p G d 0 , G d 0 = D 2 V o ⋅ 2 − M 1 − M
T12 Loop gain and closed-loop functions ลูปเกนและฟังก์ชันตอนปิดวง T ( s ) = G c ( s ) G v d ( s ) V M H T(s) = G_c(s)\,\frac{G_{vd}(s)}{V_M}\,H T ( s ) = G c ( s ) V M G v d ( s ) H
D1 Duty-cycle range ช่วงดิวตี้ D min = V o V g , max , D max = V o V g , min ( บวกการชดเชยค่าแฝงด้วย H9 ในหน้า CCM ) D_{\min} = \frac{V_o}{V_{g,\max}},\qquad D_{\max} = \frac{V_o}{V_{g,\min}} \quad(\text{บวกการชดเชยค่าแฝงด้วย H9 ในหน้า CCM}) D m i n = V g , m a x V o , D m a x = V g , m i n V o ( บวกการชดเชยค่าแฝงด้วย H9 ในหน้า CCM )
D2 Minimum L from ripple ค่า L ขั้นต่ำจากริปเปิล L ≥ V o ( 1 − D min ) f s Δ I L , Δ I L = r I o , max ( r = 0.2 – 0.4 ) L \ge \frac{V_o(1-D_{\min})}{f_s\,\Delta I_L},\qquad \Delta I_L = r\,I_{o,\max}\quad(r = 0.2\text{–}0.4) L ≥ f s Δ I L V o ( 1 − D m i n ) , Δ I L = r I o , m a x ( r = 0.2 – 0.4 )
D3 L to stay in CCM down to Io,min L ที่ทำให้ยังเป็น CCM ถึงโหลดต่ำสุด L ≥ V o ( 1 − D min ) 2 f s I o , min L \ge \frac{V_o(1-D_{\min})}{2\,f_s\,I_{o,\min}} L ≥ 2 f s I o , m i n V o ( 1 − D m i n )
D4 Inductor current ratings พิกัดกระแสของตัวเหนี่ยวนำ I p k = I o , max + Δ I L 2 , I L , r m s = I o , max 2 + Δ I L 2 12 , I s a t ≥ 1.2 I p k ( และ ≥ I l i m ) I_{pk} = I_{o,\max} + \frac{\Delta I_L}{2},\qquad I_{L,rms} = \sqrt{I_{o,\max}^2 + \frac{\Delta I_L^2}{12}},\qquad I_{sat} \ge 1.2\,I_{pk} \;(\text{และ} \ge I_{lim}) I p k = I o , m a x + 2 Δ I L , I L , r m s = I o , m a x 2 + 12 Δ I L 2 , I s a t ≥ 1.2 I p k ( และ ≥ I l im )
D5 Output capacitor: C and ESR ตัวเก็บประจุขาออก: ค่า C และ ESR Δ V o ≈ Δ I L 8 C f s + Δ I L r C ≤ Δ V s p e c \Delta V_o \approx \frac{\Delta I_L}{8Cf_s} + \Delta I_L\,r_C \le \Delta V_{spec} Δ V o ≈ 8 C f s Δ I L + Δ I L r C ≤ Δ V s p ec
D6 Input capacitor ตัวเก็บประจุขาเข้า I C i n , r m s = I o D ( 1 − D ) ≤ I o 2 , C i n ≥ I o D ( 1 − D ) f s Δ V i n I_{Cin,rms} = I_o\sqrt{D(1-D)} \le \frac{I_o}{2},\qquad C_{in} \ge \frac{I_o\,D(1-D)}{f_s\,\Delta V_{in}} I C in , r m s = I o D ( 1 − D ) ≤ 2 I o , C in ≥ f s Δ V in I o D ( 1 − D )
D7 Device stresses ความเค้นของอุปกรณ์ V d s ≥ 1.5 V g , max , V r r m ≥ 1.4 V g , max V_{ds} \ge 1.5\,V_{g,\max},\qquad V_{rrm} \ge 1.4\,V_{g,\max} V d s ≥ 1.5 V g , m a x , V rr m ≥ 1.4 V g , m a x
D8 Loss budget and efficiency งบความสูญเสียและประสิทธิภาพ P l o s s = I Q , r m s 2 R o n + ( V F I D , a v g + R d I D , r m s 2 ) + I L , r m s 2 r L + I C , r m s 2 r C + P s w P_{loss} = I_{Q,rms}^2R_{on} + \big(V_FI_{D,avg} + R_dI_{D,rms}^2\big) + I_{L,rms}^2r_L + I_{C,rms}^2r_C + P_{sw} P l oss = I Q , r m s 2 R o n + ( V F I D , a vg + R d I D , r m s 2 ) + I L , r m s 2 r L + I C , r m s 2 r C + P s w
D9 Current limit and deliverable current ขีดจำกัดกระแสและกระแสที่จ่ายได้ I l i m ≥ 1.15 ( I o , max + Δ I L 2 ) + m a D max T s , m a = 0.6 V o L I_{lim} \ge 1.15\,\big(I_{o,\max} + \tfrac{\Delta I_L}{2}\big) + m_aD_{\max}T_s,\qquad m_a = 0.6\,\frac{V_o}{L} I l im ≥ 1.15 ( I o , m a x + 2 Δ I L ) + m a D m a x T s , m a = 0.6 L V o
U1 Volt-second balance (boost) อัตราส่วนแปลงผัน V i n D T s + ( V i n − V o ) ( 1 − D ) T s = 0 ⇒ V o V i n = 1 1 − D , I L = I o 1 − D V_{in}DT_s + (V_{in}-V_o)(1-D)T_s = 0 \;\Rightarrow\; \boxed{\frac{V_o}{V_{in}}=\frac{1}{1-D}},\qquad I_L = \frac{I_o}{1-D} V in D T s + ( V in − V o ) ( 1 − D ) T s = 0 ⇒ V in V o = 1 − D 1 , I L = 1 − D I o
U2 Gain limit from parasitic resistance อัตราขยายเมื่อมี DCR V o V i n = 1 1 − D ⋅ 1 1 + r L R ( 1 − D ) 2 \frac{V_o}{V_{in}} = \frac{1}{1-D}\cdot\frac{1}{1+\dfrac{r_L}{R(1-D)^2}} V in V o = 1 − D 1 ⋅ 1 + R ( 1 − D ) 2 r L 1
U3 Boost ripple ริปเปิลกระแสและแรงดัน Δ i L = V i n D L f s , Δ v o = I o D C f s + I o 1 − D E S R ( ESR term dominates! ) \Delta i_L = \frac{V_{in}D}{L f_s},\qquad \Delta v_o = \frac{I_o D}{C f_s} + \frac{I_o}{1-D}ESR \;(\text{ESR term dominates!}) Δ i L = L f s V in D , Δ v o = C f s I o D + 1 − D I o ESR ( ESR term dominates! )
U4 Boost Gvd with RHP zero ฟังก์ชันถ่ายโอนและ RHP zero G v d ( s ) = V o 1 − D ⋅ 1 − s ω R H P Z L C ( 1 − D ) 2 s 2 + L R ( 1 − D ) 2 s + 1 , ω R H P Z = R ( 1 − D ) 2 L , ω 0 = 1 − D L C G_{vd}(s)=\frac{V_o}{1-D}\cdot\frac{1-\dfrac{s}{\omega_{RHPZ}}}{\dfrac{LC}{(1-D)^2}s^2+\dfrac{L}{R(1-D)^2}s+1},
\qquad \omega_{RHPZ}=\frac{R(1-D)^2}{L},\quad \omega_0=\frac{1-D}{\sqrt{LC}} G v d ( s ) = 1 − D V o ⋅ ( 1 − D ) 2 L C s 2 + R ( 1 − D ) 2 L s + 1 1 − ω R H PZ s , ω R H PZ = L R ( 1 − D ) 2 , ω 0 = L C 1 − D
W1 Volt-second balance (buck-boost) อัตราส่วนแปลงผัน V i n D + V o ( 1 − D ) = 0 ⇒ V o V i n = − D 1 − D , I L = I o 1 − D = I i n + I o V_{in}D + V_o(1-D) = 0 \;\Rightarrow\; \boxed{\frac{V_o}{V_{in}} = -\frac{D}{1-D}},\qquad I_L = \frac{I_o}{1-D} = I_{in}+I_o V in D + V o ( 1 − D ) = 0 ⇒ V in V o = − 1 − D D , I L = 1 − D I o = I in + I o
W2 Buck-boost Gvd with RHP zero ฟังก์ชันถ่ายโอนและ RHP zero G v d ( s ) = − V i n ( 1 − D ) 2 ⋅ 1 − s D L R ( 1 − D ) 2 L C ( 1 − D ) 2 s 2 + L R ( 1 − D ) 2 s + 1 , ω R H P Z = R ( 1 − D ) 2 D L G_{vd}(s) = -\frac{V_{in}}{(1-D)^2}\cdot\frac{1 - s\dfrac{DL}{R(1-D)^2}}{\dfrac{LC}{(1-D)^2}s^2 + \dfrac{L}{R(1-D)^2}s + 1},
\qquad \omega_{RHPZ} = \frac{R(1-D)^2}{DL} G v d ( s ) = − ( 1 − D ) 2 V in ⋅ ( 1 − D ) 2 L C s 2 + R ( 1 − D ) 2 L s + 1 1 − s R ( 1 − D ) 2 D L , ω R H PZ = D L R ( 1 − D ) 2
K1 Coupling-capacitor voltage แรงดันบน C1 V i n D + ( V i n − V C 1 ) ( 1 − D ) = 0 ⇒ V C 1 = V i n 1 − D = V i n + ∣ V o ∣ V_{in}D + (V_{in}-V_{C1})(1-D)=0 \Rightarrow V_{C1}=\frac{V_{in}}{1-D} = V_{in}+\lvert V_o\rvert V in D + ( V in − V C 1 ) ( 1 − D ) = 0 ⇒ V C 1 = 1 − D V in = V in + ∣ V o ∣
K2 Ćuk conversion ratio อัตราส่วนแปลงผัน ( V C 1 + V o ) D + V o ( 1 − D ) = 0 ⇒ V o V i n = − D 1 − D (V_{C1}+V_o)D + V_o(1-D)=0 \Rightarrow \boxed{\frac{V_o}{V_{in}} = -\frac{D}{1-D}} ( V C 1 + V o ) D + V o ( 1 − D ) = 0 ⇒ V in V o = − 1 − D D
K3 Ćuk design ripples สมการออกแบบ Δ i L 1 = V i n D L 1 f s , Δ i L 2 = V i n D L 2 f s , Δ v C 1 = I o D C 1 f s , Δ v o = Δ i L 2 8 C 2 f s \Delta i_{L1} = \frac{V_{in}D}{L_1 f_s},\quad
\Delta i_{L2} = \frac{V_{in}D}{L_2 f_s},\quad
\Delta v_{C1} = \frac{I_o D}{C_1 f_s},\quad
\Delta v_o = \frac{\Delta i_{L2}}{8C_2 f_s} Δ i L 1 = L 1 f s V in D , Δ i L 2 = L 2 f s V in D , Δ v C 1 = C 1 f s I o D , Δ v o = 8 C 2 f s Δ i L 2
S1 Switched state equations สมการสถานะแต่ละช่วง x ˙ = A 1 x + B 1 v i n ( ON ) , x ˙ = A 2 x + B 2 v i n ( OFF ) \dot{\mathbf x} = A_1\mathbf x + B_1 v_{in}\;(\text{ON}),\qquad \dot{\mathbf x} = A_2\mathbf x + B_2 v_{in}\;(\text{OFF}) x ˙ = A 1 x + B 1 v in ( ON ) , x ˙ = A 2 x + B 2 v in ( OFF )
S2 Averaged state equation สมการสถานะเฉลี่ย x ˙ = ( d A 1 + d ′ A 2 ) x + ( d B 1 + d ′ B 2 ) v i n \dot{\mathbf x} = (dA_1 + d'A_2)\mathbf x + (dB_1+d'B_2)v_{in} x ˙ = ( d A 1 + d ′ A 2 ) x + ( d B 1 + d ′ B 2 ) v in
S3 DC operating point and AC model จุดทำงานและแบบจำลอง AC DC: X = − A − 1 B V i n , AC: x ^ ˙ = A x ^ + B v ^ i n + [ ( A 1 − A 2 ) X + ( B 1 − B 2 ) V i n ] d ^ \text{DC: } X = -A^{-1}BV_{in},\qquad
\text{AC: } \dot{\hat{\mathbf x}} = A\hat{\mathbf x} + B\hat v_{in} + \big[(A_1-A_2)X + (B_1-B_2)V_{in}\big]\hat d DC: X = − A − 1 B V in , AC: x ^ ˙ = A x ^ + B v ^ in + [ ( A 1 − A 2 ) X + ( B 1 − B 2 ) V in ] d ^
S4 Loop gain ลูปเกน T ( s ) = G c ( s ) ⋅ 1 V M ⋅ G v d ( s ) ⋅ H ( s ) , H = R 2 R 1 + R 2 T(s) = G_c(s)\cdot \frac{1}{V_M}\cdot G_{vd}(s)\cdot H(s),\qquad H = \frac{R_2}{R_1+R_2} T ( s ) = G c ( s ) ⋅ V M 1 ⋅ G v d ( s ) ⋅ H ( s ) , H = R 1 + R 2 R 2
C1 Type II component values (k-factor) ค่า R C ของ Type II C 2 = 1 2 π f c G R 1 k , C 1 = C 2 ( k 2 − 1 ) , R 2 = k 2 π f c C 1 C_2=\frac{1}{2\pi f_c G R_1 k},\quad C_1=C_2(k^2-1),\quad R_2=\frac{k}{2\pi f_c C_1} C 2 = 2 π f c G R 1 k 1 , C 1 = C 2 ( k 2 − 1 ) , R 2 = 2 π f c C 1 k
C2 Type III component values (k-factor) ค่า R C ของ Type III C 2 = 1 2 π f c G R 1 , C 1 = C 2 ( k − 1 ) , R 2 = k 2 π f c C 1 , R 3 = R 1 k − 1 , C 3 = 1 2 π f c k R 3 C_2=\frac{1}{2\pi f_c G R_1},\; C_1=C_2(k-1),\; R_2=\frac{\sqrt k}{2\pi f_cC_1},\; R_3=\frac{R_1}{k-1},\; C_3=\frac{1}{2\pi f_c\sqrt k R_3} C 2 = 2 π f c G R 1 1 , C 1 = C 2 ( k − 1 ) , R 2 = 2 π f c C 1 k , R 3 = k − 1 R 1 , C 3 = 2 π f c k R 3 1
C3 PCMC control-to-output (buck) ฟังก์ชันถ่ายโอนโหมดกระแส G v c ( s ) ≈ R R i ⋅ 1 + s E S R C 1 + s R C ⋅ F h ( s ) ( buck ) G_{vc}(s)\approx \frac{R}{R_i}\cdot\frac{1+s\,ESR\,C}{1+sRC}\cdot F_h(s)\quad(\text{buck}) G v c ( s ) ≈ R i R ⋅ 1 + s RC 1 + s ESR C ⋅ F h ( s ) ( buck )
C4 Slope compensation condition เงื่อนไขความชันชดเชย m a ≥ 1 2 m 2 , Q f s / 2 = 1 π ( m c D ′ − 0.5 ) , m c = 1 + m a m 1 m_a \ge \tfrac12 m_2,\qquad Q_{f_s/2}=\frac{1}{\pi\left(m_cD'-0.5\right)},\; m_c = 1+\frac{m_a}{m_1} m a ≥ 2 1 m 2 , Q f s /2 = π ( m c D ′ − 0.5 ) 1 , m c = 1 + m 1 m a
A1 Op-amp triangle generator วงจรสร้างคลื่นสามเหลี่ยม f = R B 4 R A R C , V t r i , p p = 2 V s a t R A R B f = \frac{R_B}{4R_A R C},\qquad V_{tri,pp} = 2V_{sat}\frac{R_A}{R_B} f = 4 R A RC R B , V t r i , pp = 2 V s a t R B R A
Z1 Tustin (bilinear) transform การแปลงบิลิเนียร์ s ← 2 T 1 − z − 1 1 + z − 1 s \leftarrow \frac{2}{T}\frac{1-z^{-1}}{1+z^{-1}} s ← T 2 1 + z − 1 1 − z − 1
Z2 2P2Z / 3P3Z difference equation สมการผลต่างของตัวชดเชย u [ n ] = ∑ k = 0 3 b k e [ n − k ] − ∑ k = 1 3 a k u [ n − k ] u[n] = \sum_{k=0}^{3} b_k\, e[n-k] - \sum_{k=1}^{3} a_k u[n-k] u [ n ] = k = 0 ∑ 3 b k e [ n − k ] − k = 1 ∑ 3 a k u [ n − k ]
O1 Averaged buck state model แบบจำลองสถานะของบั๊ก x ˙ = [ − r L / L − 1 / L 1 / C 0 ] ⏟ A x + [ v i n / L 0 ] d + [ 0 − 1 / C ] i o , y = v o \dot{\mathbf x} = \underbrace{\begin{bmatrix}-r_L/L & -1/L\\ 1/C & 0\end{bmatrix}}_{A}\mathbf x + \begin{bmatrix}v_{in}/L\\0\end{bmatrix}d + \begin{bmatrix}0\\-1/C\end{bmatrix}i_o,\qquad y = v_o x ˙ = A [ − r L / L 1/ C − 1/ L 0 ] x + [ v in / L 0 ] d + [ 0 − 1/ C ] i o , y = v o
O2 Extended-state load observer ตัวสังเกตกระแสโหลด z = [ i L v o i o ] T , i ^ ˙ o = l 3 ( v o − v ^ o ) \mathbf z = [i_L\; v_o\; i_o]^T,\quad \dot{\hat i}_o = l_3(v_o - \hat v_o) z = [ i L v o i o ] T , i ^ ˙ o = l 3 ( v o − v ^ o )
L1 Inductance, flux density, gapped core ความเหนี่ยวนำและฟลักซ์ L = N 2 A L , B p k = L I p k N A e < B s a t , L ≈ μ 0 N 2 A e l g + l e / μ r L = N^2 A_L,\qquad
B_{pk} = \frac{L\,I_{pk}}{N A_e} \lt B_{sat},\qquad
L \approx \frac{\mu_0 N^2 A_e}{l_g + l_e/\mu_r} L = N 2 A L , B p k = N A e L I p k < B s a t , L ≈ l g + l e / μ r μ 0 N 2 A e
L2 Area product ผลคูณพื้นที่แกน A p = W a A e ≥ L I p k I r m s B m a x J K u A_p = W_aA_e \ge \frac{L\,I_{pk}\,I_{rms}}{B_{max}\,J\,K_u} A p = W a A e ≥ B ma x J K u L I p k I r m s
L3 Skin depth ความลึกผิว δ = ρ π f μ 0 ≈ 66 f [ Hz ] mm (Cu, 20 ∘ C) \delta = \sqrt{\frac{\rho}{\pi f \mu_0}} \approx \frac{66}{\sqrt{f\,[\text{Hz}]}}\ \text{mm (Cu, 20}^\circ\text{C)} δ = π f μ 0 ρ ≈ f [ Hz ] 66 mm (Cu, 20 ∘ C)
L4 Steinmetz core loss การสูญเสียแกน P v = k f α ( Δ B / 2 ) β [ W/m 3 ] P_v = k\,f^{\alpha}\,(\Delta B/2)^{\beta}\quad[\text{W/m}^3] P v = k f α ( Δ B /2 ) β [ W/m 3 ]
V1 Bridge peak and bulk capacitor แรงดันยอดและตัวเก็บประจุ V p k = 2 V s e c − 2 V F , C b u l k ≥ 2 P i n t d V p k 2 − V m i n 2 , t d ≈ 8 – 9 ms (50 Hz) V_{pk} = \sqrt2\,V_{sec} - 2V_F,\qquad
C_{bulk} \ge \frac{2P_{in}\,t_d}{V_{pk}^2 - V_{min}^2},\quad t_d \approx 8\text{–}9\ \text{ms (50 Hz)} V p k = 2 V sec − 2 V F , C b u l k ≥ V p k 2 − V min 2 2 P in t d , t d ≈ 8 – 9 ms (50 Hz)
V2 Single-diode PV model แบบจำลองแผงโซลาร์ I = I p h − I 0 ( e V / ( n N s V t ) − 1 ) , I p h ≈ I s c G 1000 I = I_{ph} - I_0\left(e^{V/(nN_sV_t)} - 1\right),\qquad I_{ph}\approx I_{sc}\frac{G}{1000} I = I p h − I 0 ( e V / ( n N s V t ) − 1 ) , I p h ≈ I sc 1000 G
ไม่พบสูตรที่ตรงกัน ลองพิมพ์คำอื่น หรือใช้ภาษาอังกฤษ เช่น inverse, determinant, eigenvalue
คณิตศาสตร์ที่ใช้ และอยู่ตรงไหนบนเว็บนี้
หัวข้อที่จะเพิ่มต่อไป
ชุดนี้ออกแบบให้ขยายได้ บทถัดไปตามลำดับ: SEPIC และ Zeta · synchronous และ interleaved converter · วงจรเรียงกระแสและ PFC · LLC resonant และ soft switching · Dual Active Bridge · อินเวอร์เตอร์ SPWM/SVPWM และการควบคุมแบบ dq · SiC/GaN · EV charger
การนำคอนเวอร์เตอร์ไปใช้กับระบบโซลาร์ (MPPT อินเวอร์เตอร์เชื่อมกริด PLL anti-islanding และการเลือกตัวควบคุม) อยู่ในชุดใหม่ ออกแบบระบบโซลาร์เซลล์ — ดู MPPT · อินเวอร์เตอร์โซลาร์ · เลือกตัวควบคุมโซลาร์
ตำราอ้างอิงมาตรฐาน
R. W. Erickson & D. Maksimović, Fundamentals of Power Electronics , 3rd ed., Springer — มาตรฐานด้านแบบจำลองและการควบคุม
N. Mohan, T. Undeland, W. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications, and Design — ภาพรวมกว้าง
M. K. Kazimierczuk, Pulse-Width Modulated DC-DC Power Converters — สูตรออกแบบละเอียด
C. Basso, Designing Control Loops for Linear and Switching Power Supplies — ตัวชดเชยเชิงปฏิบัติ
R. D. Middlebrook & S. Ćuk (1976), "A General Unified Approach to Modelling Switching-Converter Power Stages" — ต้นกำเนิด state-space averaging
คำถามที่พบบ่อย ควรเริ่มเรียนอิเล็กทรอนิกส์กำลังจากหัวข้อไหน? เริ่มจากบั๊กคอนเวอร์เตอร์ เพราะใช้หลัก volt-second balance และ charge balance ที่ใช้ได้กับทุกวงจร แล้วลองในแล็บจำลอง จากนั้นค่อยไปบูสต์ บั๊ก-บูสต์ ชุค และการควบคุม
ต้องรู้คณิตศาสตร์อะไรก่อน? สมการเชิงอนุพันธ์อันดับหนึ่งและสอง Laplace transform ฟังก์ชันถ่ายโอนและ Bode plot เมทริกซ์และ state space สำหรับแบบจำลอง และ z-transform สำหรับการควบคุมดิจิทัล ทุกหัวข้อมีบทเรียนบนเว็บนี้
แล็บจำลองใช้ทำอะไรได้บ้าง? จำลองทุกจังหวะการสวิตช์ของบั๊ก บูสต์ บั๊ก-บูสต์ และชุค เลือกแหล่งจ่ายแบตเตอรี่ ไฟบ้านผ่านเรกติไฟเออร์ หรือโซลาร์เซลล์ เลือกโหลดและตัวควบคุม ดูรูปคลื่นบนออสซิลโลสโคป 2 ช่อง ฉีดสัญญาณจากฟังก์ชันเจนเนอเรเตอร์ และคำนวณตัวเหนี่ยวนำ มีใบงาน 10 ชุด
มด
อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์