非隔离型DCDC变换器-buck.ppt

非隔离型DC/DC变换器, Buck 变换器,1,参考文献,1 SIOMN ANG, ALEJANDRO OLIVA. 开关功率变换器开关电源的原理、仿真和设计，机械工业出版社,2 林渭勋. 现代电力电子电路，浙江大学出版社,3 张占松，蔡宣三 .开关电源的原理与设计，电子工业出版社,2.2 Buck 变换器 2.2.1 连续模式,2.1 Buck变换器,第三章 直流变换电路 第二节 单象限降压型电路,2,变换器稳态原理分析,3,这样的状态称为稳态,变换器稳态原理分析电感伏秒平衡,4,Step 1,当电路处于稳态时，流过电感的电流是周期性的。,在一个开关周期内积分,iL ( nT ) = iL( (n+1) T ),电感两端的电压可以表示为,在稳态时，电感两端的电压在一个开关周期中积分为零。（积分单位时Vs）,如果积分不为零，会出现什么情况？,变换器稳态原理分析电容电荷平衡,5,Step 2,当电路处于稳态时，电容两端的电压是周期性的。,在一个开关周期内积分,vC ( nT ) = vC( (n+1) T ),流过电容的电流可以表示为,在稳态时，流过电容的电流在一个开关周期中积分为零。（积分单位时As）,如果积分不为零，会出现什么情况？,Step 1,Buck变换器工作原理,连续模式,6,模式1（0 t ton）,模式2（ ton t T）,Buck变换器工作原理,7,Ui Uo = iL(t) ,模式1（0 t ton）,Buck变换器工作原理,8,模式2（ ton t T）,电感电流不能突变，uL反向，D导通,Buck变换器工作原理,9,电压传输比计算,根据伏秒平衡,ton=DT,D为占空比,Buck变换器工作原理,电感电流纹波分析,电感电流峰峰值与电感值和频率成反比,10,Buck变换器工作原理,11,输出电压波动分析,平均电感电流等于平均输出电流 IL=IO,iL iO , 电容充电,iL iO , 电容放电,因为电容电荷平衡，一个开关周期内，输出电容充放电相同，平均电容电流 IC=0,Buck变换器工作原理,12,方法一,方法二,电容与负载并联， uc= uo，输出纹波电压与f2、L、C成反比,Buck变换器工作原理,临界连续模式,13,当负载不变，电感， IL 或其他参数不变，负载RL ，IO,I1减小 到一定程度后，等于0,Ioc是保证电感电流连续的最小负载电流，也是电感电流连续的临界值。D=0.5， Ioc= Iocm,Buck变换器工作原理,断续模式（DCM）,14,输出电流平均值,根据伏秒平衡,电感电流峰值,断续模式常应用于小功率，特别是负载变化范围可能很大的场合 DCM状态下，Uo/Ui 不仅与D有关，而且与Io有关 负载电流变动，将引起的Uo/Ui强烈变化，要维持比值需要使D有很大的变化 空载下，对于任一D， Uo/Ui 1,Buck变换器器件的选择,开关器件的选择,15,考虑到电路工作时的尖峰电流，浪涌电压等，开关器件的极限参数应满足,Buck变换器器件的选择,续流二极管的选择,16,考虑到电路工作时的尖峰电流，浪涌电压等，开关器件的极限参数应满足,Buck变换器器件的选择,滤波电感的选择 电感的选择方法与负载电流变化范围有关,17,并用最小负载电流Iomin作为临界连续电流Ioc,若希望电路运行于CCM状态,对于负载电流变化范围很大，下限电流很低的场合，由此得的L将太大，装置体积增大,对于恒定负载或变化范围很小的负载，由此选出的L将太小，会使电路其他性能劣化， IL ， ILmax ， Uc ，此时 可选 Ioc = (1/51/3)Iomin,Buck变换器器件的选择,滤波电容的选择 电容的选择与输出电压对脉动量Uo的设计要求有关,18,Buck变换器例题,例1 已知一降压变换器工作电压为10VUi20V,输出电压5V，纹波电压为输出电压Uo的0.5，负载电阻110 变化，求工作频率为10kHz和50kHz下所需电感值、电容值和开关管的峰值电流。 例2 试设计一降压变换器，已知：输入电压VS=4653V, 输出电压Vo=5V, Io=1A4A，工作开关频率f80kHz。如果设计成全部工作在电流不连续状态，求各工作段占空比、电感值和开关管峰值电流。,19,Buck变换器讨论,已知工作在连续模式的降压变换器输入电压Vs46V53V，输出电压5