BUCK變換器電路分析

1、第第4 4章章 BUCKBUCK變換器電路分析變換器電路分析 1、 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換方法設(shè)計(jì)制作的電源缺點(diǎn) 其效率低，損耗大，溫升高；加上多路電壓輸出難以實(shí)現(xiàn)。如圖4-1所示的串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源，就屬此類。 串聯(lián)穩(wěn)壓電源主要缺點(diǎn)：串聯(lián)穩(wěn)壓電源效率舉例： 當(dāng)今計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化設(shè)備上大多數(shù)控制電源都向低壓大電流，高效率，重量輕、體積小的方向發(fā)展。在這種要求面前首先得到發(fā)展的是晶體管串聯(lián)式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，如圖4-2所示。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率開(kāi)關(guān)晶體管、快恢復(fù)二極管及其它元器件的電壓得到很大的提高，這為取消穩(wěn)壓電源中的工頻變壓器，發(fā)展高頻開(kāi)關(guān)電源創(chuàng)造了條件。由于它不需要工頻變壓器，故稱無(wú)工頻變壓器開(kāi)

2、關(guān)式直流穩(wěn)壓電源。它使電源在小型化、輕量化、高效率等方面又邁進(jìn)了一步。圖4-3是無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源的方框圖。 無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，有如下的優(yōu)點(diǎn)：（1）、效率高，一般在7080%以上。 （2）、體積小、重量輕，隨著頻率的提高，收效更顯著。 （3）、穩(wěn)壓范圍廣，一般交流輸入80265V，負(fù)載作大幅度變化時(shí)，性能很好。 （4）、噪聲低，聲頻在20kHz以上時(shí)，已是人耳聽(tīng)不到的超聲波，而開(kāi)關(guān)電源的工作頻率一般都大于此頻率； （5）、性能靈活，通過(guò)輸出隔離變壓器，可得到低壓大電流、高壓小電流；一個(gè)開(kāi)關(guān)控制的一路輸入可得到多路輸出以及同號(hào)、反號(hào)等輸出； （6）、電壓維持時(shí)間長(zhǎng)，為了適應(yīng)交流停電時(shí)

3、，計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代自動(dòng)化控制設(shè)備電源轉(zhuǎn)換的需要，開(kāi)關(guān)電源可在幾十毫秒內(nèi)保證仍有電壓輸出。 （7）、可靠性高，當(dāng)開(kāi)關(guān)損壞時(shí)，也不會(huì)有危及負(fù)載的高電壓出現(xiàn)。 無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的不足之處：（1）、輸出紋波較大，約有10100mV的峰峰值； （2）、脈沖寬度調(diào)制式的電路中，電壓、電流變化率大；（3）、控制電路比較復(fù)雜，對(duì)元器件要求高； （4）、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，至少要大于一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，不如串聯(lián)式晶體管線性穩(wěn)壓電源。 2、 用高頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)概述 這類電源的共同特點(diǎn)是具有高頻變壓器、直流穩(wěn)壓是從變壓器次級(jí)繞組的高頻脈沖電壓整流濾波而來(lái)。變壓器原副方是隔離的，或是部分隔離的，而輸入電壓是直接從交

4、流市電整流得到的高壓直流。 電路類型傳輸功率應(yīng)用環(huán)境單端反激式變換器20100W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動(dòng)化設(shè)備中的控制電源單端正激式變換器50200W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動(dòng)化設(shè)備中的控制電源推換式變換器100500控制設(shè)備，計(jì)算機(jī)等電源半橋式變換器1005000W焊機(jī)，超聲電源，計(jì)算機(jī)電源等全橋式變換器500W30kW焊機(jī)、高頻感應(yīng)加熱，交換機(jī)等 目前，用高頻變壓器的變換電路按其工作方式可分為五類，每類傳輸?shù)墓β室膊幌嗤?，?yīng)用環(huán)境也稍有不同，如下所示：4.2 DC/DC變換的開(kāi)關(guān)電源 對(duì)于輸入與輸出電壓不需隔離只用一個(gè)工作開(kāi)關(guān)和L、D、C組成的變換器電路最基本的為如下

5、三種：（1）降壓變換器（buck converter）；（2）升壓變換器（boost converter）；（3）降、升壓變換器（buck-boost converter）。1、 Buck converter a） 電路拓?fù)?b）工作波形圖4-7 Buck converter min01LinLItLUUimin0maxLoninLItLUUImax02)(LonLIttLUi（一）在開(kāi)關(guān)VT導(dǎo)通期間 （二）在開(kāi)關(guān)VT截止期間 （1）、電流連續(xù)的工作狀態(tài)（2）、臨界連續(xù)的工作狀態(tài)（3）、電流斷續(xù)的工作狀態(tài)0IILmin02LoninItLUU20020)(88inSinoninUTULCUUt

6、LCUU208offtCLUononttoninindttLUUtLUUCU2/)2(10001(三)電感電流的平均值計(jì)算： （四）輸出電壓紋波值的計(jì)算： 02U另一形式（電感）伏秒法則：it0 : :offoffononoffonoffoffoffononontvtviitiLvtiLv所以穩(wěn)態(tài)時(shí)inooinooinoffonooffoinonvvDvDvTDvTDvvTDtTDtvvvvv)1 ()1 (tontoffBuck 變換器中晶體管的實(shí)際波形（一）tontoffTQ1電壓Buck 變換器中晶體管的導(dǎo)通損耗(理想波形情況下）Buck 變換器中晶體管的導(dǎo)通損耗(實(shí)際波形一情況下）Bu

7、ck 變換器變換效率舉例(實(shí)際波形一情況下）Buck 變換器中晶體管的實(shí)際波形（二）最差變換波形tontoffTQ1電壓Buck 變換器變換效率(實(shí)際波形二情況下）Buck 變換器變換效率舉例(實(shí)際波形二情況下）2、Buck變換器參數(shù)計(jì)算（1）、Buck變換器的工作頻率選擇（2）、電感參數(shù)計(jì)算-通過(guò)研究電感的電流波形來(lái)達(dá)到目的ipkioitr電感參數(shù)計(jì)算的原則之一：“工程設(shè)計(jì)上電感電流應(yīng)保持連續(xù)！”在這樣的前提條件下：工程設(shè)計(jì)可以將電流紋波比r設(shè)定為0.2-0.4左右。r定義為：電流紋波峰峰值(ipk-itr)除以電流平均值io;工程也使用Kp=KRP，定義為：電流紋波峰峰值(ipk-itr)除以電流峰值ipk;ootroopkooppIrIIIrIIIrII8 . 0212 . 1214 . 04 . 0223333. 022RPRPRPKKrrrK電感參數(shù)計(jì)算公式：inoooinooinooinpponononpponUUfIUUfIDUUfrIDUUitULtiLUdtdiLu4 . 04 . 0電感參數(shù)