Buck變換器的發(fā)展與工作原理

Buck變換器的發(fā)展與工作原理

第一章變換器電路的提出從一個(gè)電壓高得到自己想要的電壓值低的最簡(jiǎn)潔的方法是通過(guò)電阻分壓實(shí)現(xiàn),。

電阻分壓電路這種方式最便利快捷,現(xiàn)在一般的電壓采樣基本采納這種方式,但是假如功率略微大一點(diǎn),由于1和2是串聯(lián)的,所以在1上的損耗不行忽視,假如所要的電壓值遠(yuǎn)低于輸入電壓,那么該電路的效率就會(huì)極其低下。

對(duì)該電路嘗試進(jìn)行變形,將2更換為三極管,也就是現(xiàn)在的模型,。

模型通過(guò)變型,那么原來(lái)在電阻2上的損耗轉(zhuǎn)移至分析三極管1的損耗,由于1承受輸入和輸出的壓差,導(dǎo)致該電路的效率也比較低下。

為了提升效率,之前三極管是工作在線性狀態(tài),若將其更改為開(kāi)關(guān)狀態(tài),使三極管只有開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗,大大的降低其總損耗。

。

開(kāi)關(guān)電路占空比和電壓比的關(guān)系,該電路工作周期時(shí)間為,導(dǎo)通時(shí)間為,占空比為=,輸出電壓與開(kāi)關(guān)狀態(tài)高度關(guān)聯(lián),1導(dǎo)通時(shí)有輸出電壓,1關(guān)斷時(shí)沒(méi)有輸出電壓。

可以看出輸出負(fù)載總是需要連續(xù)的能量供應(yīng),。

因此需要需要進(jìn)行解耦,在變換器肯定位置引入儲(chǔ)能元器件電容,使輸入端在1斷開(kāi)的狀況下,輸出端電容也可以進(jìn)行持續(xù)的能量輸出,保證輸出電壓的穩(wěn)定。

,依據(jù)電容兩端的電壓不能突變的原理,當(dāng)1閉合的時(shí)候,線路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)特別大的沖擊電流,它不僅導(dǎo)致噪聲和問(wèn)題,也可能會(huì)損壞1。

所以需要對(duì)其實(shí)行限流措施。

電阻2限流的解耦電路,加入2限流電阻后,在1閉合瞬間就沒(méi)有那么大的沖擊電流了,但是由于2是串聯(lián)在主功率回路中,電阻就會(huì)消耗功率,那么在開(kāi)關(guān)上減小的功耗最終可能又消耗在所加的電阻上。

因此,為了最大限度的提高效率,可以將2變換為電抗元件,從原理上來(lái)說(shuō),電抗原件僅存儲(chǔ)能量不消耗能量,大家知道,電感兩端的電流不能突變,所以在開(kāi)關(guān)1閉合的時(shí)候,電感可以很好的抑制沖擊電流而不消耗能量。

電感1限流的解耦電路,電感1的引入解決了1閉合時(shí)由于1的作用引起的浪涌沖擊電流,但是考慮到當(dāng)1斷開(kāi)時(shí),電感兩端的電流產(chǎn)生了突變,在沒(méi)有續(xù)流回路的狀況下,那么電感存儲(chǔ)的能量就會(huì)以“拉弧”的方式消耗,這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)特別大的電壓尖峰。

所以為了給電感1供應(yīng)一個(gè)續(xù)流路徑,需要增加一個(gè)續(xù)流二極管,。

電路。

當(dāng)1突然斷開(kāi),1的能量就會(huì)通過(guò)二極管進(jìn)行續(xù)流。

為了進(jìn)一步提升效率,可以將續(xù)流二極管更換為,。

帶有的電路電路的工作原理電路電感電流連續(xù)工作模式電路存在電感電流連續(xù)和電感電流斷續(xù)兩種工作模式。

當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí),電路在1個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)經(jīng)受2個(gè)工作狀態(tài)。

其主要工作過(guò)程如下:1,在時(shí)段0~1內(nèi),開(kāi)關(guān)導(dǎo)通,二極管關(guān)斷,電感電流不斷增長(zhǎng),電感兩端電壓。

002,在時(shí)段1~2內(nèi),開(kāi)關(guān)關(guān)斷,二極管導(dǎo)通,電感電流不斷減小,電感電流通過(guò)二極管續(xù)流,電感兩端電壓。

0開(kāi)關(guān)導(dǎo)通開(kāi)關(guān)關(guān)斷電感電流連續(xù)模式下的工作波形依據(jù)穩(wěn)態(tài)條件下電感兩端電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)平均值為零的基本原理,可得到:00其中為電感兩端電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的平均值,為開(kāi)關(guān)周期,為開(kāi)關(guān)處于通態(tài)的時(shí)間,為開(kāi)關(guān)處于斷態(tài)的時(shí)間。

由公式可以進(jìn)一步得到輸入輸出電壓的電壓比與開(kāi)關(guān)通斷時(shí)間比的關(guān)系。

見(jiàn)公式0其中為占空比開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間和開(kāi)關(guān)周期之比。

簡(jiǎn)單看出01,故輸出電壓不行能高于輸入電壓,且兩者極性相同。

電路電感電流斷續(xù)工作模式當(dāng)電感電流斷續(xù)時(shí),該電路在1個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)經(jīng)受3個(gè)工作狀態(tài)。

其主要工作過(guò)程如下:1,在時(shí)段0~1內(nèi),開(kāi)關(guān)導(dǎo)通,二極管關(guān)斷,電感電流不斷增長(zhǎng),。

02,在時(shí)段1~2內(nèi),開(kāi)關(guān)關(guān)斷,二極管導(dǎo)通,電感電流不斷減小,電感電流通過(guò)二極管續(xù)流。

3,在時(shí)段2~3內(nèi),開(kāi)關(guān)關(guān)斷,二極管關(guān)斷,電感電流減小到零。

開(kāi)關(guān)關(guān)斷電感電流斷續(xù)的工作波形,依據(jù)穩(wěn)態(tài)條件下電感兩端電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)平均值為零的基本原理,可得到:電感電流在1個(gè)開(kāi)關(guān)周期的平均值為:12負(fù)載電流為00依據(jù)穩(wěn)態(tài)條件下,電容在1個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的電流為零,故有1個(gè)周期內(nèi)的電感電流的平均值等于其負(fù)載電流。

102的計(jì)算方法如下: