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串聯(lián)開關(guān)變換器工作原理和原理圖講解

發(fā)布時(shí)間:2023-05-11 18:02:06人氣:

  串聯(lián)開關(guān)變換器由于占空比總是小于1,所以U??偸切∮赨i,故常稱為下降型(降壓型)串聯(lián)開關(guān)變換器。也稱為Buck變換器。Buck變換器又稱為降壓變換器,串聯(lián)穩(wěn)壓開關(guān)電源和三端開關(guān)型降壓穩(wěn)壓電源。

串聯(lián)開關(guān)變換器工作原理圖

  Buck變換器主要包括:開關(guān)元件M1,二極管D1,電感L1,電容C1和反饋環(huán)路。而一般的反饋環(huán)路由四部分組成:采樣網(wǎng)絡(luò),誤差放大器(Error Amplifier,E/A),脈寬調(diào)制器(Pulse Width Molation,PWM)和驅(qū)動(dòng)電路。為了便于對(duì)Buck變換器基本工作原理的分析,我們首先作以下幾點(diǎn)合理的假設(shè)[1]:


  a、開關(guān)元件M1和二極管D1都是理想元件。它們可以快速的導(dǎo)通和關(guān)斷,且導(dǎo)通時(shí)壓降為零,關(guān)斷時(shí)漏電流為零;


  b、電容和電感同樣是理想元件。電感工作在線性區(qū)而未飽和時(shí),寄生電阻等于零。電容的等效串聯(lián)電阻(Equivalent Series Resistance,ESR)和等效串聯(lián)電感(Equivalent Series inctance,ESL)等于零;


  c、輸出電壓中的紋波電壓和輸出電壓相比非常小,可以忽略不計(jì)。


  d、采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2的阻抗很大,從而使得流經(jīng)它們的電流可以忽略不計(jì)。


  在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上,下面我們對(duì)Buck變換器的基本原理進(jìn)行分析。當(dāng)開關(guān)元件M1導(dǎo)通時(shí),電壓V1與輸出電壓Vdc相等,晶體管D1處于反向截至狀態(tài),電流01?DI。電流11LMII?流經(jīng)電感L1,電流線性增加。經(jīng)過電容C1濾波后,產(chǎn)生輸出電流OI和輸出電壓OV。采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2對(duì)輸出電壓OV進(jìn)行采樣得到電壓信號(hào)SV,并與參考電壓refV比較放大得到信號(hào)。信號(hào)eaV和線性上升的三角波信號(hào)trV比較。當(dāng)eatrVV?時(shí),控制信號(hào)WMV和GV跳變?yōu)榈?,開關(guān)元件M1截至。


  此時(shí),電感L1為了保持其電流1LI不變,電感L1中的磁場將改變電感L1兩端的電壓極性。這時(shí)二極管D1承受正向偏壓,并有電流1DI流過,故稱D1為續(xù)流二極管。若OLII?1時(shí),電容C1處于放電狀態(tài),有利于輸出電流OI和輸出電壓OV保持恒定。開關(guān)元件截至的狀態(tài)一直保持到下一個(gè)周期的開始,當(dāng)又一次滿足條件treaVV?時(shí),開關(guān)元件M1再次導(dǎo)通,重復(fù)上面的過程。


  仔細(xì)分析Buck變換器的原理圖可知,它的反饋環(huán)路是一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路。當(dāng)輸出電壓OV升高時(shí),電壓SV升高,所以誤差放大器的輸出電壓eaV降低。由于eaV的降低,使得三角波trV更早的達(dá)到比較電平,所以導(dǎo)通時(shí)間onT減小。因此,Buck變換器的輸入能量降低。由能量守恒可知,輸出電壓OV降低。反之亦然。


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