BUCK变换器电路分析

1、第第4 4章章 BUCKBUCK变换器电路分析变换器电路分析 1、 传统的转换方法设计制作的电源缺点 其效率低，损耗大，温升高；加上多路电压输出难以实现。如图4-1所示的串联式线性稳压电源，就属此类。 串联稳压电源主要缺点：串联稳压电源效率举例： 当今计算机及自动化设备上大多数控制电源都向低压大电流，高效率，重量轻、体积小的方向发展。在这种要求面前首先得到发展的是晶体管串联式开关稳压电源，如图4-2所示。 随着电力电子技术的发展，大功率开关晶体管、快恢复二极管及其它元器件的电压得到很大的提高，这为取消稳压电源中的工频变压器，发展高频开关电源创造了条件。由于它不需要工频变压器，故称无工频变压器开

2、关式直流稳压电源。它使电源在小型化、轻量化、高效率等方面又迈进了一步。图4-3是无工频变压器的开关电源的方框图。 无工频变压器开关稳压电源，有如下的优点：（1）、效率高，一般在7080%以上。 （2）、体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。 （3）、稳压范围广，一般交流输入80265V，负载作大幅度变化时，性能很好。 （4）、噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率； （5）、性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、高压小电流；一个开关控制的一路输入可得到多路输出以及同号、反号等输出； （6）、电压维持时间长，为了适应交流停电时

3、，计算机、现代自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒内保证仍有电压输出。 （7）、可靠性高，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压出现。 无工频变压器开关稳压电源的不足之处：（1）、输出纹波较大，约有10100mV的峰峰值； （2）、脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大；（3）、控制电路比较复杂，对元器件要求高； （4）、动态响应时间长，至少要大于一个开关周期，不如串联式晶体管线性稳压电源。 2、 用高频变压器的开关电源结构概述 这类电源的共同特点是具有高频变压器、直流稳压是从变压器次级绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副方是隔离的，或是部分隔离的，而输入电压是直接从交

4、流市电整流得到的高压直流。 电路类型传输功率应用环境单端反激式变换器20100W小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源单端正激式变换器50200W小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源推换式变换器100500控制设备，计算机等电源半桥式变换器1005000W焊机，超声电源，计算机电源等全桥式变换器500W30kW焊机、高频感应加热，交换机等 目前，用高频变压器的变换电路按其工作方式可分为五类，每类传输的功率也不相同，应用环境也稍有不同，如下所示：4.2 DC/DC变换的开关电源 对于输入与输出电压不需隔离只用一个工作开关和L、D、C组成的变换器电路最基本的为如下

5、三种：（1）降压变换器（buck converter）；（2）升压变换器（boost converter）；（3）降、升压变换器（buck-boost converter）。1、 Buck converter a） 电路拓扑 b）工作波形图4-7 Buck converter min01LinLItLUUimin0maxLoninLItLUUImax02)(LonLIttLUi（一）在开关VT导通期间 （二）在开关VT截止期间 （1）、电流连续的工作状态（2）、临界连续的工作状态（3）、电流断续的工作状态0IILmin02LoninItLUU20020)(88inSinoninUTULCUUt

6、LCUU208offtCLUononttoninindttLUUtLUUCU2/)2(10001(三)电感电流的平均值计算： （四）输出电压纹波值的计算： 02U另一形式（电感）伏秒法则：it0 : :offoffononoffonoffoffoffononontvtviitiLvtiLv所以稳态时inooinooinoffonooffoinonvvDvDvTDvTDvvTDtTDtvvvvv)1 ()1 (tontoffBuck 变换器中晶体管的实际波形（一）tontoffTQ1电压Buck 变换器中晶体管的导通损耗(理想波形情况下）Buck 变换器中晶体管的导通损耗(实际波形一情况下）Bu

7、ck 变换器变换效率举例(实际波形一情况下）Buck 变换器中晶体管的实际波形（二）最差变换波形tontoffTQ1电压Buck 变换器变换效率(实际波形二情况下）Buck 变换器变换效率举例(实际波形二情况下）2、Buck变换器参数计算（1）、Buck变换器的工作频率选择（2）、电感参数计算-通过研究电感的电流波形来达到目的ipkioitr电感参数计算的原则之一：“工程设计上电感电流应保持连续！”在这样的前提条件下：工程设计可以将电流纹波比r设定为0.2-0.4左右。r定义为：电流纹波峰峰值(ipk-itr)除以电流平均值io;工程也使用Kp=KRP，定义为：电流纹波峰峰值(ipk-itr)除以电流峰值ipk;ootroopkooppIrIIIrIIIrII8 . 0212 . 1214 . 04 . 0223333. 022RPRPRPKKrrrK电感参数计算公式：inoooinooinooinpponononpponUUfIUUfIDUUfrIDUUitULtiLUdtdiLu4 . 04 . 0电感参数