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電壓高得到自己想要的電壓值低的最簡潔的方法是通過電阻分壓實現(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,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低于輸入電壓,那么該電路的效率就會極其低下。

對該電路嘗試進行變形,將2更換為三極管,也就是現(xiàn)在的模型,。

模型通過變型,那么原來在電阻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),若將其更改為開關(guān)狀態(tài),使三極管只有開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗,大大的降低其總損耗。

。

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

可以看出輸出負載總是需要連續(xù)的能量供應(yīng),。

因此需要需要進行解耦,在變換器肯定位置引入儲能元器件電容,使輸入端在1斷開的狀況下,輸出端電容也可以進行持續(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1閉合的時候,線路中會產(chǎn)生一個特別大的沖擊電流,它不僅導(dǎo)致噪聲和問題,也可能會損壞1。

所以需要對其實行限流措施。

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,電阻就會消耗功率,那么在開關(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,從原理上來說,電抗原件僅存儲能量不消耗能量,大家知道,電感兩端的電流不能突變,所以在開關(guān)1閉合的時候,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閉合時由于1的作用引起的浪涌沖擊電流,但是考慮到當1斷開時,電感兩端的電流產(chǎn)生了突變,在沒有續(xù)流回路的狀況下,那么電感存儲的能量就會以“拉弧”的方式消耗,這樣就會產(chǎn)生一個特別大的電壓尖峰。

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

電路。

當1突然斷開,1的能量就會通過二極管進行續(xù)流。

為了進一步提升效率,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。

當電感電流連續(xù)時,電路在1個開關(guān)周期內(nèi)經(jīng)受2個工作狀態(tài)。

其主要工作過程如下:1,在時段0~1內(nèi),開關(guān)導(dǎo)通,二極管關(guān)斷,電感電流不斷增長,電感兩端電壓。

002,在時段1~2內(nèi),開關(guān)關(guān)斷,二極管導(dǎo)通,電感電流不斷減小,電感電流通過二極管續(xù)流,電感兩端電壓。

0開關(guān)導(dǎo)通開關(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開關(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開關(guān)周期的平均值,為開關(guān)周期,為開關(guān)處于通態(tài)的時間,為開關(guān)處于斷態(tài)的時間。

由公式可以進一步得到輸入輸出電壓的電壓比與開關(guān)通斷時間比的關(guān)系。

見公式0其中為占空比開關(guān)導(dǎo)通時間和開關(guān)周期之比。

簡單看出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)工作模式當電感電流斷續(xù)時,該電路在1個開關(guān)周期內(nèi)經(jīng)受3個工作狀態(tài)。

其主要工作過程如下:1,在時段0~1內(nèi),開關(guān)導(dǎo)通,二極管關(guān)斷,電感電流不斷增長,。

02,在時段1~2內(nèi),開關(guān)關(guān)斷,二極管導(dǎo)通,電感電流不斷減小,電感電流通過二極管續(xù)流。

3,在時段2~3內(nèi),開關(guān)關(guān)斷,二極管關(guān)斷,電感電流減小到零。

開關(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開關(guān)周期內(nèi)平均值為零的基本原理,可得到:電感電流在1個開關(guān)周期的平均值為:12負載電流為00依據(jù)穩(wěn)態(tài)條件下,電容在1個開關(guān)周期內(nèi)的電流為零,故有1個周期內(nèi)的電感電流的平均值等于其負載電流。

102的計算方法如下: