PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理
出處:tonylook 發(fā)布于:2008-10-06 15:27:31
以Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器為例,來介紹PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理。
Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器在連續(xù)導(dǎo)電模式(COM)時(shí)的工作原理,可以用如圖2(a)來說明:在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi),開關(guān)管的開關(guān)過程將直流輸入電壓u進(jìn)行斬波,形成脈沖寬度為Ton的方波(Ton為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間)。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),二極管關(guān)斷,輸入端直流電源Ui將功率傳送到負(fù)
載,并使電感儲(chǔ)能(電感電流上升);當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)9二極管導(dǎo)通續(xù)流,電感上儲(chǔ)存的能量向負(fù)載釋放(電感電流下降)。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi),電感電流的平均值等于負(fù)載電流r。(忽略濾波電容C的ESR)。用同樣的方法可以分析Boost,Buck-BccGt PWM BC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理。
下面推導(dǎo)工作在CCM模式的PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出/輸人電壓轉(zhuǎn)換比1J。/U;。其出發(fā)點(diǎn)是:在穩(wěn)態(tài)工作時(shí),PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器一個(gè)開關(guān)周期內(nèi),開關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間內(nèi)的伏秒面積平衡,即在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感承受的電壓對(duì)時(shí)間的積分為零:

式中 uL——電感承受的電壓;
Ts——開關(guān)周期;

式中 fa——開關(guān)頻率;
Ton、Toff——一個(gè)開關(guān)周期內(nèi),開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。
占空比(Duty Cyc1e Ratio)或稱導(dǎo)通比:

以CCM Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器為例,由如圖2(a)可得

Ui和Uo分別為Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電壓。
由式(2--1),得
或 (Ui-Uo)Ton=UoToff
(Ui-Uo)DuTs=Uo(1-Du)Ts
故得工作在COM模式的Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出/輸入電壓的轉(zhuǎn)換比為
Uo/Ui=Du
占空比Du總是小于1的,所以Buck轉(zhuǎn)換器是一種降壓式轉(zhuǎn)換器。理想Buch轉(zhuǎn)換器的效率為1,可以認(rèn)為
Ui/Ii=UoIo
由式(2-2)、式(2-3)可得
Io/Ii=1/DU
可見,Buck轉(zhuǎn)換器是一種升流轉(zhuǎn)換器,Io和Ii分別表示PWM轉(zhuǎn)換器的平均輸出電流和輸入電流。
用同樣的方法可以推導(dǎo)出,工作在COM模式的Boost、Buck-Boost PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出/輸入電壓的轉(zhuǎn)換比分別為Boost PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器
Uo/Ui=1/(1-Du)
Buck-Boost PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器
Uo/Ui=Du/(1-Du)
由式(2-5)、式(2-6)可知,Boost轉(zhuǎn)換器是一種升壓轉(zhuǎn)換器,可以證明,理想Boost轉(zhuǎn)換器是降流轉(zhuǎn)換器。Buck-Boost轉(zhuǎn)換器是一種升降壓轉(zhuǎn)換器,具體是升壓還是降壓,取決于占空比Du的大?。划?dāng)Du>0.5時(shí),Du/(1-Du)>1,Buck Boost轉(zhuǎn)換器是升壓轉(zhuǎn)換器;當(dāng)Du<0.5時(shí),Du/(1-Du)<1,則是降壓轉(zhuǎn)換器。
在DCM模式下,Buck、Boost、Buck-Boost轉(zhuǎn)換器的輸出/輸入電壓的轉(zhuǎn)換比不同于式(2-2)、式(2-5)、式(2-6),可以用同樣的方法求得,但計(jì)算過程較為復(fù)雜。
Buck、Boost、Buck Boost PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器是PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的基本電路(Basic topo1ogica1 configuration),由這三種基本電路可以推導(dǎo)演化出其他形式的PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器電路。
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