Buck变换器的发展与工作原理

Buck变换器的发展与工作原理

第一章变换器电路的提出从一个电压高得到自己想要的电压值低的最简洁的方法是通过电阻分压实现,。

电阻分压电路这种方式最便利快捷,现在一般的电压采样基本采纳这种方式,但是假如功率略微大一点,由于1和2是串联的,所以在1上的损耗不行忽视,假如所要的电压值远低于输入电压,那么该电路的效率就会极其低下。

对该电路尝试进行变形,将2更换为三极管,也就是现在的模型,。

模型通过变型,那么原来在电阻2上的损耗转移至分析三极管1的损耗,由于1承受输入和输出的压差,导致该电路的效率也比较低下。

为了提升效率,之前三极管是工作在线性状态,若将其更改为开关状态,使三极管只有开关损耗和导通损耗,大大的降低其总损耗。

。

开关电路占空比和电压比的关系,该电路工作周期时间为,导通时间为,占空比为=,输出电压与开关状态高度关联,1导通时有输出电压,1关断时没有输出电压。

可以看出输出负载总是需要连续的能量供应,。

因此需要需要进行解耦,在变换器肯定位置引入储能元器件电容,使输入端在1断开的状况下,输出端电容也可以进行持续的能量输出,保证输出电压的稳定。

,依据电容两端的电压不能突变的原理,当1闭合的时候,线路中会产生一个特别大的冲击电流,它不仅导致噪声和问题,也可能会损坏1。

所以需要对其实行限流措施。

电阻2限流的解耦电路,加入2限流电阻后,在1闭合瞬间就没有那么大的冲击电流了,但是由于2是串联在主功率回路中,电阻就会消耗功率,那么在开关上减小的功耗最终可能又消耗在所加的电阻上。

因此,为了最大限度的提高效率,可以将2变换为电抗元件,从原理上来说,电抗原件仅存储能量不消耗能量,大家知道,电感两端的电流不能突变,所以在开关1闭合的时候,电感可以很好的抑制冲击电流而不消耗能量。

电感1限流的解耦电路,电感1的引入解决了1闭合时由于1的作用引起的浪涌冲击电流,但是考虑到当1断开时,电感两端的电流产生了突变,在没有续流回路的状况下,那么电感存储的能量就会以“拉弧”的方式消耗,这样就会产生一个特别大的电压尖峰。

所以为了给电感1供应一个续流路径,需要增加一个续流二极管,。

电路。

当1突然断开,1的能量就会通过二极管进行续流。

为了进一步提升效率,可以将续流二极管更换为,。

带有的电路电路的工作原理电路电感电流连续工作模式电路存在电感电流连续和电感电流断续两种工作模式。

当电感电流连续时,电路在1个开关周期内经受2个工作状态。

其主要工作过程如下:1,在时段0~1内,开关导通,二极管关断,电感电流不断增长,电感两端电压。

002,在时段1~2内,开关关断,二极管导通,电感电流不断减小,电感电流通过二极管续流,电感两端电压。

0开关导通开关关断电感电流连续模式下的工作波形依据稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内平均值为零的基本原理,可得到:00其中为电感两端电压在一个开关周期的平均值,为开关周期,为开关处于通态的时间,为开关处于断态的时间。

由公式可以进一步得到输入输出电压的电压比与开关通断时间比的关系。

见公式0其中为占空比开关导通时间和开关周期之比。

简单看出01,故输出电压不行能高于输入电压,且两者极性相同。

电路电感电流断续工作模式当电感电流断续时,该电路在1个开关周期内经受3个工作状态。

其主要工作过程如下:1,在时段0~1内,开关导通,二极管关断,电感电流不断增长,。

02,在时段1~2内,开关关断,二极管导通,电感电流不断减小,电感电流通过二极管续流。

3,在时段2~3内,开关关断,二极管关断,电感电流减小到零。

开关关断电感电流断续的工作波形,依据稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内平均值为零的基本原理,可得到:电感电流在1个开关周期的平均值为:12负载电流为00依据稳态条件下,电容在1个开关周期内的电流为零,故有1个周期内的电感电流的平均值等于其负载电流。

102的计算方法如下: