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[电路/定理] 【原创手码】DC-DC变换器电路原理简介

主要介绍以下三种类型:

升压电路、降压电路、升压电路

先来说一下

DC/DC变换器一般包括两种基本工作模式:简单地说,当负载电流较大时,开关设备工作CCM但是,当负载电流下降时,如果电感负载电流进一步减小,电感就会进入DCM工作模式。

CCM:

DCM:

下面我将就CCM模式下 分析三种变换电路类型的原理,DCM模式下,原理类似在此就不重复讲解:

BUCK变换器,又称降压变换器,输出电压小于输入电压的降压直流变换器。

输入电压VIN到输出电压VO的转换,该电路主要的电子元器件包括开关Q1,二极管D以及储能电感L1,滤波电容C1,负载RL组成。Q1.驱动信号为PWM脉冲信号。原理图如下:

PWM在Q1GATE当PWM输入高电平时,Q1导通,由于Q1的RDSON很小,可以忽略Q1.电流从电感中流过,形成电路如下图所示。电感中的电流线性增加,电感两端的电压为VIN-VO,那么在TON时间内,TON为PWM输入时间为高电平,也就是开关管Q1在导通状态下,电感增加磁通量为(VIN-VO)*TON

电感是储能元件,既能储存能量,又能释放能量。

PWM脉冲信号在Q1GATE当端输入低电平时,开关管Q1处于截止状态,因为电感在储能元期间不能通过其电流突然改变,此时L1释放的电流是连续的,形成如下图所示的电路,电感减少的磁通量为VO*Toff,这里的Toff为PWM低电平输入时间,即开关管Q1处于截止状态的时间。

当开关Q1与开关Q当1闭合达到动态平衡时,(VIN-VO)*TON=VO*Toff Vo = Vin×( Ton /(Ton Toff) ),占空比为1,因此输出电压低于输入电压,从而达到降压的目的。

D=TON/(TON Toff),D为PWM脉冲信号输入占空比。

BOOST变换器,又称升压变换器,是一种输出电压高于输入电压的直流变换器。原理图如下:

PWM在Q1 GATE当PWM输入高电平时,Q输入电压加在电感上,

电感的电流线性增加,电感增加的磁通量为VIN*TON,能量储存在电感中,TON为PWM脉冲信号输入高电平,即开关管Q导通时间。

当PWM在Q1 GATE当端输入低电平时,开关管Q由于电感,1处于断开状态L1是储能元件,电感输出电流输出电流连续,输入电压VIN叠加储能元件电感上的感应电压,通过二极管提供负载电压,形成以下电路。这里的二极管有防止开关管的作用Q1导通时,充电电容器通过开关管Q1对地放电,这实际上达到了升压的目的,因此当开关达到动态平衡时,推导出以下公式,Vin×Ton=(Vo-Vin)×Toff由于占空比D<1,所以Vin<Vo,我们忽略了这里的二极管电压,这个公式验证了电路的升压功能。

BUCK/BOOST变换器,又称升降压变换器,输入电压可以高于输出电压,也可以低于输出电压,但输出电压的极性与输入电压相反,如驱动单向导通的部件LED特别要注意,避免负载不能正常工作。归根结底,降压升压转换器实际上是将升压转换器与降压转换器合并。工作原理其实是一样的。原理图如下:

PWM在Q1 GATE当PWM输入高电平时,Q输入电压加在电感上,

形成下图中的电路,电感的电流线性增加,储能,电感增加的磁通量为Vin×Ton。

当PWM在Q1 GATE当端输入低电平时,开关管Q由于电感,1处于断开状态L1为储能元器件,电感输出电流输出电流具有连续性,电感通过以下回路给负载供电。

可以看出,输出的电势与输入的电势相反,因此电感减少的磁通量为-Vo×(T - Ton)。

 

达到动态平衡时,Vin×Ton =  -Vo×(T - Ton),Vo= Vin×( Ton / (Ton - T) ) = -Vin×( D / (1-D) )。由此公式我们也可以看出,在一定的时间内,当PWM输入脉冲信号的高电平所占比例大于低电平所占比例时,输入电压是大于输出电压的,也就是属于降压过程,当当PWM输入脉冲信号的高电平所占比例小于低电平所占比例时,输入电压是小于于输出电压的,也就是属于升压过程。

当输入电压大于输出电压时,降压-升压转换器以降压模式工作;输入电压小于输出电压时,在升压模式下工作。当转换器在输入电压处于输出电压范围内的传输区域中工作时,处理这些情况有两个概念:或是降压和升压级同时有效,或是开关循环在降压和升压级之间交替,每个通常以正常开关频率的一半运行。

 

标签: 如何放掉电容器一半电

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