DCDC转换器原理

1、1 1DC-DC 转换器原理转换器原理Outline?BUCK BOOSTBUCK-BOOSTFLYBACK2 2BUCK CONVERTER3 3Continuous Mode:Mode1: (0tton) Q ON，D OFFdiV t) ? LL(dt(V ?V )t?Isaon? V ?V ? L? ?I ?satLonMode2: (tontT) Q OFF，D ONV t?Ia off? VL? ?I ?a?tLoffVat ? DT,t? (1? D)T ? DonoffVs4 4BUCK CONVERTER 切换波形切换波形5 5Ripple current in the in

2、ductor(VV )t(1? D)s?aonD?I ?VsLL fsRipple voltage in the capacitor假设假设 ：(Ideal capacitor)?I?稳态时，输出电流为一定值稳态时，输出电流为一定值I?4?电容无功率损耗电容无功率损耗C/2充或放电电流的平均值：充或放电电流的平均值：1?I?ID(1? D)?V ?V2sC48Cf8LC fss6 6T20实际上需考虑电容实际上需考虑电容ESR的影响所造成的涟波的影响所造成的涟波D(1? D)? V ? ?I ? R?V ? ResrsesrL fs需比较需比较Resr与与18Cfs何者效应为大，来做输出电容的

3、设计何者效应为大，来做输出电容的设计7 7Discontinuous Mode:当储存在电感中的能量完全耗尽时(电感电流降为0)，下一周期同时开始，称为Continuous 与Discontinuous 的临界点。I?I(Vs?Va)DLC2?2 fsLc2设设Pin=PoI?VaLCRDVs? LR(1? D)c?2 fs8 8Mode1: (0tton) Q ON，D OFF 同同Continuous(V ?V )tIsaonLP? V ?V ? L? I?saLPtLi(t)?0onL2diV t) ? LL(dtMode2a: (tont ) Q OFF，D ON由由Volt-Sec

4、requirement? (V ?V )t ?V (t ?t )saona2on由由IL? IaILPt2fsVo?2R9 9利用前面三个式子，将利用前面三个式子，将t2及及ILP代换掉代换掉V D LV D Lsc? V?V? 0a?(1? D)L(1? D)L2a222scV22a?22V?1? 4(L/ L )(1? D)/ D1?1?8 f L/(D R)S1cs1010将将L/Lc的比值当作变数，画出的比值当作变数，画出D对对Va/Vs的关系曲线的关系曲线1111BOOST CONVERTER1212Continuous Mode:Mode1: (0tton) Q ON，D OFFd

5、iV t) ? LL(dtVt?Is on? VL? ?I ?s?tLonMode2: (tontT) Q OFF，D ON(V ?V )t?Iasoff? V ?VL? ?I ?as?tLoffV1at ? DT,t? (1? D)T ?onoffV? Ds11313BOOST CONVERTER 切换波形切换波形1414Ripple current in the inductorVDVstons?I ?LL fsRipple voltage in the capacitor假设假设 ：(Ideal capacitor)?稳态时，输出电流为一定值稳态时，输出电流为一定值I? I?电容无功率损

6、耗电容无功率损耗Ctonaton时的放电电流：时的放电电流：I t1tona onDIa?V ?I dt?a0CCC fs1515实际上需考虑电容实际上需考虑电容ESR的影响所造成的涟波的影响所造成的涟波?V ? ?I ? R? I ? Rcesr2esr需比较需比较I2Resr与与DICfas何者效应为大，来做输出电容的设计何者效应为大，来做输出电容的设计1616Discontinuous Mode:当储存在电感中的能量完全耗尽时(电感电流降为0)，下一周期同时开始，称为Continuous 与Discontinuous 的临界点。I?IVsDLC?2?2 fsLc2设设Pin=PoILC?

7、VaRVs? LRD(1? D)2c?2 fs1717Mode1: (0tton) Q ON，D OFFdiV t) ? LL(dtVtIs onLP? VL? I?s?LPtLoniL(t2) ? 0Mode2a: (tont ) Q OFF，D ON由由Volt-Sec requirement? Vt ? (V ?V )(t ?t )s onas2on由输出平均电流由输出平均电流VI(tt )aLP2?onI?a?R2T1818利用前面三个式子，将利用前面三个式子，将t2及及ILP代换掉代换掉RD2? V?VVV0sa?s?2Lfs2a221?1?4(L/L)D/(1? D)1?1?2RD

8、/LfVcsa?V22S21919将将L/Lc的比值当作变数，画出的比值当作变数，画出D对对Va/Vs的关系曲线的关系曲线2020BUCK & BOOST Summary? 电感涟波电流与电感值及切换频率成反比? 电感涟波电流BUCK 较BOOST小(1-D)倍? BUCK 在D0.5时，涟波电流最大。BOOST则与D成正比VsK ?fsL2121BUCK & BOOST Summary? BUCK中之电感与电容形成低通滤波器，故电容涟波电压与电感，电容值及切换频率成反比? BOOST 中之电感为储能用，电容涟波电压只与电容值及切换频率成反比。? BUCK 输入电流非连续，一般

9、需加输入滤波器降低EMI效应? BOOST initial inrush current 较大? 实际上升降压的极限大约为4(1/4)倍2222BUCK-BOOST CONVERTER2323Continuous Mode:Mode1: (0tton) Q ON，D OFFdiV t) ? LL(dtVt?Is on? VL? ?I ?s?tLonMode2: (tontT) Q OFF，D ONV t?Ia off? V?L? ?I ? ?a?tLoffV? Dat ? DT,t? (1? D)T ?onoffV? Ds12424BUCK-BOOST CONVERTER 切换波形切换波形25

10、25Ripple current in the inductorVDVstons?I ?LL fsRipple voltage in the capacitor假设假设 ：(Ideal capacitor)?稳态时，输出电流为一定值稳态时，输出电流为一定值I? I?电容无功率损耗电容无功率损耗Ctonaton时的放电电流：时的放电电流：I t1tona onDIa?V ?I dt?a0CCC fs2626实际上需考虑电容实际上需考虑电容ESR的影响所造成的涟波的影响所造成的涟波?V ? ?I ? R? I ? Rcesr2esr需比较需比较I2Resr与与DICfas何者效应为大，来做输出电容

11、的设计何者效应为大，来做输出电容的设计2727Discontinuous Mode:当储存在电感中的能量完全耗尽时(电感电流降为0)，下一周期同时开始，称为Continuous 与Discontinuous 的临界点。I?IVsDLC?2?2 fsLc2设设Pin=PoILC?VaRDVs? LR(1? D)2c?2 fs2828Mode1: (0tton) Q ON，D OFF 同同ContinuousdiV t) ? LL(dtVtIs onLP? VL? I?s?LPtLoniL(t2) ? 0Mode2a: (tont ) Q OFF，D ON由由Volt-Sec requiremen

12、t? Vt ? (?V )(t ?t )s ona2on由输出平均电流由输出平均电流VI(tt )aLP2?onI?a?R2T2929利用前面三个式子，将利用前面三个式子，将t2及及ILP代换掉代换掉VRD? DLac? ?V2 f L1? DLSs将将L/Lc的比值当作变数，画出的比值当作变数，画出D对对Va/Vs的关系曲线的关系曲线23030Three Type compareThree Type 电压转换比比较电压转换比比较3131FLYBACK CONVERTER(1)(3)(2)Two Winding Isolation BUCK-BOOST3232(4)Continuous Mod

13、e:Mode1: (0tton) Q ON，D OFFdiPV (t) ? LLPPdtV t?II onP? VL? ?I?I?PPtLonSMode2: (tontT) Q OFF，D ONVt?Io offS? VL? ?Io?SS?tLoffSVNDoSt ? DT,t? (1? D)T ?onoffV? D NI1P3333FLYBACK CONVERTER 切换波形切换波形3434Ripple current in the inductorV toff(1? D)Voo?IS?LLSSfsNS?IP?ISNP3535Discontinuous Mode:当储存在电感中的能量完全耗尽时(电感电流降为0)，下一周期同时开始，称为Continuous 与Discontinuous 的临界点。I?ISVo(1? D)SC?2?2 fsLSC设设Io=ID?I2IoS?(1? D)? LVo(1? D)c?ISfS3636Mode2a: (tont CCMDCM CCM晶体管上的峰值电流晶体管上的峰值电流 DCM CCMDCM CCM