电源基本三种基本拓扑.docx
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电源基本三种基本拓扑.docx
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电源基本三种基本拓扑
Buck电路
1:
电容的输入输出平均电流为0,在整个周期内电感平均电流=负载平均电流,所以有:
IL=Io
2:
二极管只在sw关断时流过电流,所以ID=IL×(1-D)
3:
则平均开关电流Isw=IL×D
4:
由基尔霍夫电压定律知:
Sw导通时:
VIN=VON+VO+VSW→VON=VIN-VO-VSW
假设VSW相比足够小≈VIN-VO
VO=VIN-VON-VSW
≈VIN-VON
Sw关断时:
VOFF=VO+VD→VO=VOFF-VD
假设VD相比足够小≈VOFF(等效于电感电压)
5:
由占空比可得:
D=tON/(tON+tOFF)
=VOFF/(VOFF+VON)
由4可得:
D=VO/{(VIN-VO)+VO}
D=VO/VIN
6:
直流电流IDC=电感平均电流IL,即IDC≡IL=Io
7:
纹波电流IAC=ΔI/2=VIN(1-D)D/2Lf=VO(1-D)/2Lf
8:
由电感的电压公式,伏秒数,占空比及5可得
ΔI=VON×tON/L
=(VIN-VO)×D/Lf
=(VIN-DVIN)×D/Lf
=VIN(1-D)D/Lf
ΔI/tON=VON/L=(VIN-VO)/L
ΔI=VOFF×tOFF/L
=VOT(1-D)/L
=VO(1-D)/Lf
ΔI/tOFF=VOFF/L=VO/L
电流纹波率r=ΔI/IL=2IAC/IDC在临界导通模式下,IAC=IDC,此时r=2见P51
r=ΔI/IL=VON×D/LfIL=(VIN-VO)×D/LfIL
=VOFF×(1-D)/LfIL=VO×(1-D)/LfIL
9:
峰峰电流IPP=ΔI=2IAC=r×IDC=r×IL
10:
峰值电流IPK=IDC+IAC=(1+r/2)×IDC
=(1+r/2)×IL
=(1+r/2)×IO
最恶劣输入电压的确定:
VO、Io不变,VIN对IPK的影响:
D=VO/VINVIN增加↑→D↓→ΔI↑,IDC=IO,不变,所以IPK↑要在VIN最大输入电压时设计buck电路p49-51
例题:
变压器的电压输入范围是15-20v,输出电压为5v,最大输出电流是5A。
如果开关频率是200KHZ,那么电感的推荐值是多大?
解:
也可以用伏微秒数快速求解,见P69
(1)buck电路在VINMAX=20V时设计电感
(2)由5得到D=VO/VIN=5/20=0.25
(3)L=VO×(1-D)/rfIL=5*(1-0.25)/(0.4*200*103*5)=9.375μH
(4)IPK=(1+r/2)×IO=(1+0.4/2)*5=6A
(5)需要9.375μH6A附近的电感
BOOST电路
1:
二极管只在sw关断时流过电流=负载电流,所以
ID=IL×(1-D)=IO
2:
则平均开关电流Isw=IL×D
3:
由基尔霍夫电压定律知:
Sw导通时:
VIN=VON+VSW→VON=VIN-VSW
VON≈VIN假设VSW相比足够小
Sw关断时:
VOFF+VIN=VO+VD→VO=VOFF+VIN-VD
VO≈VOFF+VIN假设VD相比足够小
VOFF=VO+VD-VIN
VOFF≈VO-VIN
4:
由伏秒数和占空比可得D=tON/(tON+tOFF)=VOFF/(VOFF+VON)
由3可得:
D=(VO-VIN)/{(VO-VIN)+VIN}
=(VO-VIN)/VO→VIN=VO×(1-D)
5:
直流电流IDC=电感平均电流IL,即IDC=IO/(1-D)
6:
纹波电流IAC=ΔI/2=VIN×D/2Lf=VO(1-D)D/2Lf
由电感的电压公式、伏秒数、占空比、3,4得,
ΔI=VON×tON/L=VIN×TD/L
=VIN×D/Lf
ΔI/tON=VON/L=VIN/L
ΔI=VOFF×tOFF/L
=(VO-VIN)T(1-D)/L
=VO(1-D)D/Lf
ΔI/tOFF=VOFF/L=(VO-VIN)/L
7:
电流纹波率r=ΔI/IL=2IAC/IDC在临界导通模式下,IAC=IDC,此时r=2见P51
r=ΔI/IL=VON×D/LfIL=VOFF×(1-D)/LfIL→L=VON×D/rfIL
r=VON×D/LfIL=VIN×D/LfIL
=VOFF×(1-D)/LfIL=(VO-VIN)×(1-D)/LfIL
电感量公式:
L=VOFF×(1-D)/rfIL=VON×D/rfIL
r的最佳值为0.4,见P52
8:
峰峰电流IPP=ΔI=2IAC=r×IDC=r×IL
9:
峰值电流IPK=IDC+IAC=(1+r/2)×IDC=(1+r/2)×IL=(1+r/2)×IO/(1-D)
最恶劣输入电压的确定:
要在VIN最小输入电压时设计boost电路p49-51
例题:
输入电压范围12-15V,输出电压24V,最大负载电流2A,开关管频率分别为100KHz、200KHz、1MHz,那么每种情况下最合适的电感量分别是多少?
峰值电流分别是多大?
能量处理要求是什么?
解:
只考虑最低输入电压时,即VIN=12V时,D=(VO-VIN)/VO=(24-12)/24=0.5
IL=IO/(1-D)=2/(1-0.5)=4A
若r=0.4,则IPK=(1+r/2)×IL=(1+0.4/2)×4=4.8A
电感量L=VON×D/rILf=12*0.5/0.4*4*100*1000=37.5μH=37.5*10-6H
f=200KHzL=18.75μH,f=1MHzL=3.75μH
buck–boost电路
1:
二极管只在sw关断时流过电流=负载电流,所以
ID=IL×(1-D)=IO
2:
则平均开关电流Isw=IL×D
3:
由基尔霍夫电压定律知:
Sw导通时:
VIN=VON+VSW→VON=VIN-VSW
≈VIN假设VSW相比足够小
Sw关断时:
VOFF=VO+VD→VO=VOFF-VD
≈VOFF假设VD相比足够小
VOFF≈VO
4:
由伏秒数和占空比可得D=tON/(tON+tOFF)
=VOFF/(VOFF+VON)
由3可得:
D=VO/(VO+VIN)
→VIN=VO×(1-D)/D
5:
直流电流IDC=电感平均电流IL,即IDC≡IL=IO/(1-D)
6:
纹波电流IAC=ΔI/2=VIN×D/2Lf=VO(1-D)/2Lf
由电感的电压公式、伏秒数、占空比、3、4得,
ΔI=VON×tON/L=VIN×TD/L
=VIN×D/Lf
ΔI/tON=VON/L=VIN/L
ΔI=VOFF×tOFF/L
=VOT(1-D)/L
=VO(1-D)/Lf
ΔI/tOFF=VOFF/L=VO/L
7:
电流纹波率r=ΔI/IL=2IAC/IDC在临界导通模式下,IAC=IDC,此时r=2见P51
r=ΔI/IL
=VON×D/LfIL
=VOFF×(1-D)/LfIL→L
=VON×D/rfIL
r=VON×D/LfIL
=VIN×D/LfIL
R=VOFF×(1-D)/LfIL
=VO×(1-D)/LfIL
8:
峰峰电流IPP=ΔI=2IAC=r×IDC=r×IL
9:
峰值电流IPK=IDC+IAC
=(1+r/2)×IDC
=(1+r/2)×IL
=(1+r/2)×IO/(1-D)
最恶劣输入电压的确定:
要在VIN最小输入电压时设计buck-boost电路p49-51
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- 电源 基本 拓扑