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线性系列DC-DC转换器工作原理

直流-直流(DC-DC)转换器用于各种应用,如:

  1. 个人电脑电源
  2. 办公用品
  3. 航天器动力系统
  4. 笔记本电脑
  5. 电信设备
  6. 直流电机驱动。

DC-DC转换器的输入是未调整的直流电压Vg,输出是已调整的输出电压V,其幅度(可能有极性)和Vg不同。

例如,在计算机离线电源中,对120V或240V交流市电压分别产生约170个电压进行整流V或 340V 直流电压。DC-DC转换器将电压降低到处理器IC所需的5 V或3.3V稳压值。

有几种方法可以实现 DC-DC 电压转换。这些方法各有优缺点,具体取决于许多操作条件和规格。

本规格的示例为电压转换比范围、最大输出功率、功率转换效率、组件数量、功率密度、输入输出电流分离等。

基本的 DC-DC 转换器是线性电压转换器。

它们通过将多余的功率耗散到电阻器中来实现 DC-DC 电压转换使它们成为电阻分压器。显然,这对电源转换效率并不理想。

它们工作原理的另一个含义是,它们只能将输入电压转换为极性相同的低输出电压。换句话说,它们的电压转换比总是在零和1之间。

线性电压转换器的优点是实施起来相当简单。此外,它们通常不需要占用空间的大型电感器电容器,这使得它们成为单片集成的有吸引力的选择。

因此,以下是串联并联稳压器两种线性电压转换器。

线性串联电压转换器的工作原理如图1所示(a)所示。

可变电阻器 R系列与负载 RL串联,输入电压 Uin降低到输出电压 Uout。

R系列的电阻通过测量控制系统控制的控制系统Uout在Uin和RL保持在变化值下Uout恒定。

控制系统还消耗电源和电流 Ics说明这一点。

在这种情况下,使用控制系统 Uin也可以作为电源电压使用 Uout提供。然而,由于后一种情况需要启动电路 Uout最初为零。

如下图所示:

在这个例子中,R系列实现为 NPN BJT,实现操作放大器控制系统 (OPAMP),它执行误差放大器的任务。

通过这样做,Uout确定如下:

通过检查图1(a)工作原理,效率ηlin可计算如下:

当 Ics被忽视并假设为零时,ηlin等于电压转换比 klin,因此与 RL无关。图 2(a) 黑色曲线以图形形式说明了这一点。灰色曲线说明了更现实的情况,其中 Ics正值有限。

可见,当Pout减小时,ηlin将趋于减小。

                                         

(图2)

图 2 (左) 显示了在恒定电压转换比 k lin 下,线性串联电压转换器的功率转换效率 η lin 作为输出功率 P out的函数 。

黑色曲线对零控制系统电源电流 I cs  有效,灰色曲线对非零 I cs有效。

图2 (右) 显示了在恒定输出功率P out下,线性串联电压转换器的功率转换效率η lin作为电压转换比k lin 的函数。

黑色曲线对零控制系统供电电流 I cs 有效,灰色曲线对非零 I cs 有效。

显然,就功率转换效率而言,线性串联电压转换器在高电压转换比下具有内在优势。图 2(b) 说明了这一点,其中黑色曲线对 I cs  = 0 有效,灰色曲线对有限的非零 I cs有效。灰色曲线表明,当 k lin接近统一时,控制系统的功耗对 η lin的影响变得更加显着。

这种类型的转换器非常适合单片集成,因为它简单且没有大型无源器件。然而,由于多余的功率在 R系列中消散,最大 P out 受到允许的片上功耗的限制。对于 k lin的低值,此限制变得更加显着。

这种类型的电压转换器用于启动和移轨工作的多种设计中。

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标签: 电感器电容器的交流电压工作原理灰色的电感b型系列电阻线性稳压器集成电路电感器dc

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