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標(biāo)簽 > BUCK
升壓和降壓電路,就是指電力電子設(shè)計(jì)當(dāng)中常說(shuō)的BUCK/BOOST電路。這兩種電路經(jīng)常一起出現(xiàn)在電路設(shè)計(jì)當(dāng)中,BUCK電路指輸出小于電壓的單管不隔離直流變換,BOOST指輸出電壓高于輸入電壓的單管不隔離直流變換。
這里指的BUCK是表示BUCK電路,升壓和降壓電路,就是指電力電子設(shè)計(jì)當(dāng)中常說(shuō)的BUCK/BOOST電路。這兩種電路經(jīng)常一起出現(xiàn)在電路設(shè)計(jì)當(dāng)中,BUCK電路指輸出小于電壓的單管不隔離直流變換,BOOST指輸出電壓高于輸入電壓的單管不隔離直流變換。本章詳細(xì)介紹了buck電路工作原理,buck電路參數(shù)計(jì)算公式,buck電路原理圖等內(nèi)容。
基本結(jié)構(gòu)
降壓式變換電路(Buck電路)詳解
等效的電路模型及基本規(guī)律(1)從電路可以看出,電感L和電容C組成低通濾波器,此濾 波器設(shè)計(jì) 的原則是使 us(t)的直流分量可以通過(guò),而抑制 us(t) 的諧波分量通過(guò);電容上輸出電壓 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小紋波uripple(t) 。(2)電路工作頻率很高,一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電容充 放電引起的紋波uripple(t) 很小,相對(duì)于電容上輸出的直流電壓Uo有:電容上電壓宏觀上可以看作恒定。 電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí),輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成,宏觀上可以看作是恒定直流,這就是開(kāi)關(guān)電路穩(wěn)態(tài)分析中的小紋波近似原理。(3)一個(gè)周期內(nèi)電容充電電荷高于放電電荷時(shí),電容電壓升 高,導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷減
小、放電電荷增加,使電容電壓上升速度減慢,這種過(guò)程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡,此時(shí)電壓維持不變;反之,如果一個(gè)周期內(nèi)放 電電荷高于充電電荷,將導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷增加、放電電荷減小,使電容電壓下降速度減慢,這種過(guò)程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡,最終維持電壓不變。這種過(guò)程是電容上電壓調(diào)整的過(guò)渡過(guò)程,在電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí),電路達(dá)到穩(wěn)定平衡,電容上充放電也達(dá)到平衡,這是電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的一個(gè)普遍規(guī)律。(4)開(kāi)關(guān)S置于1位時(shí),電感電流增加,電感儲(chǔ)能;而當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于2位時(shí),電感電流減小,電感釋能。假定電流增加量大于電流減小量,則一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量為:
此增量將產(chǎn)生一個(gè)平均感應(yīng)電勢(shì)
此電勢(shì)將減小電感電流的上升速度并同時(shí)降低電感電流的下降速度,最終將導(dǎo)致一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量為零;一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。這種在穩(wěn)態(tài)狀況下一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量(磁鏈平均增量)為零的現(xiàn)象稱(chēng)為:電感伏秒平衡。這也是電力電子電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的又一個(gè)普遍規(guī)律。
簡(jiǎn)潔而不簡(jiǎn)單 BUCK\BOOST 原理講解
首先讓我們從BUCK變換器的概念開(kāi)始講起,Buck變換器也稱(chēng)降壓式變換器,是一種輸出電壓小于輸進(jìn)電壓的單管不隔離直流變換器。
圖中,Q為開(kāi)關(guān)管,其驅(qū)動(dòng)電壓一般為PWM(Pulse width modulatiON脈寬調(diào)制)信號(hào),信號(hào)周期為T(mén)s,則信號(hào)頻率為f=1/Ts,導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)on,關(guān)斷時(shí)間為T(mén)off,則周期Ts=Ton+Toff,占空比Dy= Ton/Ts。
開(kāi)關(guān)管Q也為PWM控制方式,但最大占空比Dy必須限制,不答應(yīng)在Dy=1的狀態(tài)下工作。電感Lf在輸進(jìn)側(cè),稱(chēng)為升壓電感。Boost變換器也有CCM和DCM兩種工作方式。
Buck/Boost變換器:也稱(chēng)升降壓式變換器,是一種輸出電壓既可低于也可高于輸進(jìn)電壓的單管不隔離直流變換器,但其輸出電壓的極性與輸進(jìn)電壓相反。Buck/Boost變換器可看做是Buck變換器和Boost變換器串聯(lián)而成,合并了開(kāi)關(guān)管。
Buck/Boost變換器也有CCM和DCM兩種工作方式,開(kāi)關(guān)管Q也為PWM控制方式。
LDO的特點(diǎn):
① 非常低的輸進(jìn)輸出電壓差② 非常小的內(nèi)部損耗③ 很小的溫度漂移④ 很高的輸出電壓穩(wěn)定度⑤ 很好的負(fù)載和線性調(diào)整率⑥ 很寬的工作溫度范圍⑦ 較寬的輸進(jìn)電壓范圍⑧ 外圍電路非常簡(jiǎn)單,使用起來(lái)極為方便DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱(chēng)為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種,一是脈寬調(diào)制方式Ts不變,改變ton(通用),二是頻率調(diào)制方式,ton不變,改變Ts(易產(chǎn)生干擾)。其具體的電路由以下幾類(lèi):
(1)Buck電路——降壓斬波器,其輸出均勻電壓 U0小于輸進(jìn)電壓Ui,極性相同。
(2)Boost電路——升壓斬波器,其輸出均勻電壓 U0大于輸進(jìn)電壓Ui,極性相同。
(3)Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器,其 輸出均勻電壓U0大于或小于輸進(jìn)電壓Ui,極性相反,電感傳輸。
(4)Cuk電路——降壓或升壓斬波器,其輸出均勻電 壓U0大于或小于輸進(jìn)電壓Ui,極性相反,電容傳輸。
DC-DC分為BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三類(lèi)DC-DC。其中BUCK型DC-DC只能降壓,降壓公式:Vo=Vi*DBOOST型DC-DC只能升壓,升壓公式:Vo= Vi/(1-D)BUCK-BOOST型DC-DC,即可升壓也可降壓,公式:Vo=(-Vi)* D/(1-D)D為充電占空比,既MOSFET導(dǎo)通時(shí)間。0
開(kāi)關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高,但輸出紋波電壓較高,噪聲較大,電壓調(diào)整率等性能也較差,特別是對(duì)模擬電路供電時(shí),將產(chǎn)生較大的影響。
因開(kāi)關(guān)電源工作效率高,一般可達(dá)到80%以上,故在其輸出電流的選擇上,應(yīng)正確丈量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流,以使被選用的開(kāi)關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比,通常輸出計(jì)算公式為: Is=KIf 式中:Is—開(kāi)關(guān)電源的額定輸出電流; If—用電設(shè)備的最大吸收電流; K—裕量系數(shù),一般取1。5~1。8;電容式開(kāi)關(guān)電源它們能使輸進(jìn)電壓升高或降低,也可以用于產(chǎn)生負(fù)電壓。其內(nèi)部的FET開(kāi)關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電,從而使輸進(jìn)電壓以一定因數(shù)(0。5,2或3)倍增或降低,從而得到所需要的輸出電壓。
這種特別的調(diào)制過(guò)程可以保證高達(dá)80%的效率,而且只需外接陶瓷電容。由于電路是開(kāi)關(guān)工作的,電荷泵結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的輸出紋波和EMI(電磁干擾)首先貯存能量,然后以受控方式開(kāi)釋能量,以獲得所需的輸出電壓。
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這兩種電路看似簡(jiǎn)單,但是實(shí)際分析起來(lái)還是能夠分析出很多細(xì)枝末節(jié)的知識(shí)。只有熟練掌握了這些基礎(chǔ)知識(shí),才能更加熟練、快速的完成電路設(shè)計(jì)??梢?jiàn),在學(xué)習(xí)的過(guò)程當(dāng)中,切忌急功近利,穩(wěn)扎穩(wěn)打才是最穩(wěn)妥也是最能收獲知識(shí)的學(xué)習(xí)方式。
BUCK電路拓?fù)浼捌涔ぷ髟?/p>
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T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT),當(dāng)#FormatImgID_1#時(shí),T導(dǎo)通。
D:續(xù)流二極管。
L和C組成LPF。
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二、工作原理
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四、假設(shè)及參數(shù)計(jì)算
1.T,D均為理想器件
2.L較大,使得在一個(gè)周期內(nèi)電流連續(xù)且無(wú)內(nèi)阻
3.直流輸出電壓U0為恒定
4.整個(gè)電路無(wú)功耗
5.電路已達(dá)穩(wěn)態(tài)
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反激式開(kāi)關(guān)電源電路的基礎(chǔ)知識(shí)
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