非隔離型DC-DC變換器剖析

1、第三章 非隔離型DC-DC變換器預(yù)備知識：1、占空比TtTtDonwdtdiLdtdNEVL2、法拉第電磁感應(yīng)定律3、脈寬調(diào)制（PWM）電感伏.秒值相等AC-DC變換器結(jié)構(gòu)框圖DC-DC變換器結(jié)構(gòu)框圖3.1 降壓式（Buck）變換器3.1.1 主電路拓撲和控制方式3.1.2 電感電流連續(xù)（CCM）時BUCK變換器的工作原理和基本關(guān)系假設(shè)器件均為理想器件：假設(shè)器件均為理想器件：（1）所用電力器件理想的，即Q和D的導(dǎo)通和關(guān)斷時間為零，通態(tài)電壓為零，斷態(tài)電流為零；（2）在一個開關(guān)周期中，輸入電壓Vin保持不變；輸出濾波電容，即輸出電壓Vo只有很小的紋波，認為電壓基本保持不變；（3）電感和電容均為無損

2、耗的理想儲能元件；（4）不計線路阻抗。設(shè)PWM控制信號的周期為Ts（頻率fs），占空比為Dy（1）Q導(dǎo)通時：dtdiLVVVfoinLf（2）Q關(guān)斷時：dtdiLVVfoLfinyoVDV結(jié)論：（公式3-7）利用電感的 伏.秒值 相等也可推出上述結(jié)論即即Q導(dǎo)通時電感的伏導(dǎo)通時電感的伏.秒值等于秒值等于Q關(guān)斷時電感的伏關(guān)斷時電感的伏.秒值秒值syosyoinTDVTDVV)1 ()(inyoVDV（也叫增益）yioDVVMP23，在公式3-8的上一行有個小錯誤：得由iiooIVIVoyiIDI 電源輸入電流的平均值等于開關(guān)管Q的平均電流iI電容Cf在一個開關(guān)周期內(nèi)的充電電荷為Q（圖中三角形陰影區(qū)

3、的面積）dtdqi c電容電流28)1 (sofoyffVLVDC此為濾波電容的估算公式為輸出紋波電壓oV（公式3-18）3.1.3 電感電流斷續(xù)(DCM)時BUCK變換器的原理和基本公式連續(xù)狀態(tài)與不連續(xù)狀態(tài)的臨界條件：LfoiI21LfoiI21LfoiI21電感電流連續(xù)連續(xù)的條件電感電流不不連續(xù)連續(xù)的條件電感電流連續(xù)的臨界臨界條件開關(guān)周期中，電感電流始終大于零。能量不完全傳遞開關(guān)周期中，電感電流有零值。能量完全傳遞Q導(dǎo)通時：Q截止后：電感電流斷續(xù)時，變換器輸出電流仍等于電感電流的平均值（公式3-25）3.1.4 電感電流臨界連續(xù)表示臨界時的負載電流soyoysoyiysooiysooicf

4、IDVDfIDVDfIVVDfIVVL2)1 (2)1 (22由上式得電感電流臨界連續(xù)時的最小電感由上式得電感電流臨界連續(xù)時的最小電感LcsoyoysoyiysooiysooicffIDVDfIDVDfIVVDfIVVLL2)1 (2)1 (22實際應(yīng)用中，若想設(shè)計電感電流連續(xù)的BUCK電路，要滿足上式條件，否則將進入斷續(xù)狀態(tài)。（上式也是電感參數(shù)的計算公式）（上式也是電感參數(shù)的計算公式）1.輸入電壓恒定（Vin不變）由得1.輸出電壓恒定（Vo不變）實際的BUCK變換器，負載電流較大時工作在電感連續(xù)區(qū)；負載電流小于臨界電流IOG時就進入斷續(xù)工作區(qū)。CCM模式：電感量大，磁芯大，主開關(guān)管電流峰值低

5、，EMI好點，Vo與占空比成正比。DCM模式：電感量小，磁芯小，主開關(guān)管電流峰值高，EMI差，輸出電壓與電感儲能有關(guān)，不以空比成正比來計算。3.2升壓式（Boost）變換器3.2.1 主電路拓撲和控制方式3.2.2 電感電流連續(xù)時Boost變換器的工作原理和基本關(guān)系（1）開關(guān)管導(dǎo)通時1. 基本工作原理（2）開關(guān)管截止時2. 基本關(guān)系Boost變換器不允許輸出空載3.2.3 電感電流斷續(xù)時Boost變換器的工作原理和基本關(guān)系Q導(dǎo)通時電感電流增加量Q截止時電感電流減少量IQ的平均值與最大值選擇開關(guān)管的依據(jù)之一3.2.3 電感電流臨界連續(xù)的邊界OYYSOcIDDTVLL2)1 (2電流斷續(xù)時，開關(guān)管

6、電流斷續(xù)時，開關(guān)管Q導(dǎo)通器件存儲在電感中的能量導(dǎo)通器件存儲在電感中的能量1/2LI2在在Q截止期間全部通過二極管轉(zhuǎn)移到輸出端，如果變換器不接負載截止期間全部通過二極管轉(zhuǎn)移到輸出端，如果變換器不接負載，或電阻太大，必使，或電阻太大，必使Vo不斷增加。不斷增加。3.3 升降壓（Buck/Boost）變換器3.3.1 主電路拓撲和控制方式集成電路芯片ICL7660，產(chǎn)生負電壓3.3.2 電感電流連續(xù)時Buck/Boost變換器的工作原理和基本關(guān)系開關(guān)管Q和二極管D的反向電壓：開關(guān)管Q截止時反向電壓（VCE）：二極管D截止時反向電壓（VR）：3.3.3 電感電流斷續(xù)時Buck/Boost變換器的工作原理和基本關(guān)系3.3.4 電感電流臨界連續(xù)的邊界3.4 CUK變換器Cuk變換器也有連續(xù)和斷續(xù)之分，但與前三種變換器也有連續(xù)和斷續(xù)之分，但與前三種變換器不同。這里的連續(xù)和斷續(xù)不是電感電流，變換器不同。這里的連續(xù)和斷續(xù)不是