开关电源兴趣小组 第04次任务

maychang

开关电源兴趣小组 第04次任务 [复制链接]

 

 

　　上次我们我们发布了《开关电源兴趣小组第03次任务》，安排了阅读任务，并布置了一些思考题
　　第03次思考题
　　第03次阅读内容，主要是Buck电路中各元器件的损耗。这些损耗包括：
1、 功率开关管(双极型三极管或者场效应管)关断损耗，通常可以忽略。
2、 功率开关管导通损耗(开关管导通阶段管压降与通过电流的乘积)。
3、 功率开关管的开关损耗(由于导通和关断均不能瞬时完成所导致)。
4、 续流二极管正向导通的损耗(管压降与通过电流的乘积)。
5、 续流二极管反向恢复时间内二极管中的损耗。
6、 电感的损耗。阅读内容中未提及电感磁心的损耗，所以我们只考虑绕组的损耗，不考虑磁心的损耗。
7、 电容中的损耗，包括电容漏电流的损耗(通常可以忽略)以及电容寄生电阻所产生的损耗。
　　以上7项损耗，哪些与开关频率有关？哪些与开关频率无关？

　　Buck电路中，开关管两端电压和通过开关管电流波形如上图。图中蓝色线为电压波形，红色线为电流波形。
　　一个周期中，从tA到tB，MOS管处于关断状态，管子两端电压相当高但通过电流几乎为零(MOS管漏电流很小，通常只有几十微安的数量级)。所以耗散功率即电压电流乘积很小。从tC到tD，MOS管处于充分导通状态，电流相当大但管子两端电压很小。这是因为MOS管导通电阻很小，所以导通状态管子的功率耗散也比较小。对双极型管和IGBT，上述结论大致也成立。而且，关断状态和导通状态的功率耗散与开关频率(也就是每秒开关的次数)无关。
　　但从tB到tC以及tD到tE，情况则完全不同。开关过程中，管子两端电压和通过的电流均不为零，所以功率耗散比较大。而且，开关过程是每个周期两次。所以，开关过程的损耗与开关频率有关，几乎和开关频率(也就是每秒开关的次数)成正比。
　　
　　续流二极管的正向压降近似为定值，而且只有在正向电流流过时才会有导通损耗。显然正向导通损耗与开关频率无关。但反向恢复时间内的损耗则不然。每次续流二极管从正向转入反向时都会产生一次。所以续流二极管反向恢复时间内的损耗与开关频率(也就是每秒开关的次数)成正比。
　　电感绕组中的损耗分为铁损和铜损。铁损我们因为未提磁心的特性，暂时不考虑。铜损就是绕组中阻的损耗。频率高时，由于所谓“趋肤效应”，电流会向导线的表面集中，而导线中心电流很少。这样就使得导线表面附近电流密度增加，损耗加大。但是另一方面，开关频率降低，为维持Buck电路工作于电流连续状态(电流断续状态很难使用，且对功率开关管和续流二极管要求稍高)就要求使用更大的电感量，为获得更大的电感量，势必要增加绕组匝数，即使使用同样粗细的导线，也会使得电感绕组电阻损耗增加。
　　最后讨论电容中的损耗。非理想电容具有等效电感和等效电阻。等效电感并不产生损耗，但等效电阻却是耗能的。频率越高，通过电容的交流电流越大，等效电阻上的损耗也越大。所以电容上的损耗也与频率有关，近似与频率成正比。这一点在Buck电路中通常不太明显，但在Boost电路和反激电路中很明显(电容会发热)。
　　所以，前述第3、5、7项损耗肯定随开关频率的增加而增加。至于第6项电感绕组中的损耗，情况比较复杂，以我们目前的知识范围，还需要进一步学习和讨论。
　　
　　第04次活动，请各位阅读《开关电源设计 第三版》第1章第3.4节“Boost开关调整器拓扑”。第1.4.5小节暂不必看(该小节说反激拓扑是由Boost拓扑发展而来，此观点存在一些争议)。
　　建议同时阅读《双向直流变换器》的2.1.2节“Boost直流变换器”。在那本书中同时讲Boost变换器的两种工作状态。
　　这一节共包括五小节。第1.4.4小节谈到了铁心的磁滞回线。如果对铁磁性材料的特性不了解，请参看赵修科老师《开关电源中磁性元器件》一书的第四章“软磁材料”。此书已经放到了云盘中，可以下载。
　　
　　Boost电路和Buck电路相似，都是那么几个元器件，只不过开关管、二极管和电感的位置不同。实际上，非隔离开关电源的三种基本拓扑(还有一种Buck-Boost拓扑)，都有相似之处，仅仅是开关管、二极管和电感的位置不同，但这三种电路的工作原理却各不相同。我们掌握了Buck电路的工作后，再继续学习Boost电路应该不困难。
　　
　　第04次思考题
　　第04次阅读内容，主要是Boost电路中各元器件在一个开关周期中的工作状态。
　　假定电路已达到稳态，即每个开关周期中电压电流的变化均与前一个周期相同。
　　1、理想的Boost电路，在开关管始终关断情况下(也可以说占空比为0)，输出电压是多少？作为对比，Buck电路在开关管始终导通情况下，输出电压是多少？
　　2、实际的电路中，如果Boost电路开关管始终导通，会发生什么情况？作为对比，Buck电路开关管始终关断，会发生什么情况？
　　3、理想的Boost电路中，开关管需要承受的最大电压是多少？作为对比，Buck电路开关管需要承受的最大电压是多少？
　　4、理想的Boost电路中，开关管通过的最大电流(瞬时值)是多少？提示：与输出电压有关。作为对比，Buck电路中开关管通过的最大电流是多少？
　　5、Boost电路中，二极管需要承受的最大反向电压是多少？一个周期内通过的平均电流是多少？
　　6、你觉得Boost输出的纹波大还是Buck电路输出的纹波大？比较时显然应该在相同的输出滤波电容和负载电压电流情况下，并且都在电感电流连续情况下进行比较。
 

okhxyyo

目录：

 

入组必读：开关电源学习小组倡议书！

开关电源兴趣小组 缘起

开关电源兴趣小组：第01次任务 

开关电源兴趣小组：第02次任务

开关电源兴趣小组：第03次任务

开关电源兴趣小组：第04次任务

开关电源兴趣小组：第05次任务

开关电源兴趣小组：第06次任务

开关电源兴趣小组：第07次任务

开关电源兴趣小组： 第08次任务

 

一个小白5

1.理想的Boost电路，输出的电压为U0=T/Toff*Ui=UI/1-B  （B为占空比），所以当占空比为0时，此时输出电压最大为UI,同理，buck电路CCM模式，u0=BUI，开关管始终导通，则输出电压最大为UI。

2.无论是boost还是buck，其目的都是为了改变输出电压的大小，倘若开关管始终导通，那么电路就失去了其本身存在的意义。

3.理想情况下boost承受的Umax=UI,buck电路同理。

4,5,6触及知识盲区，不太会计算

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1、理想的Boost电路，在开关管始终关断的情况下，L的磁通将会饱和，输出电压Vo将等于输入电压Vdc（不考虑D的压降）；作为对比，Buck电路在开关管始终导通的情况下，L的磁通也会饱和，输出电压Vo将等于输入电压Vdc(不考虑开关管Qce的压降)。

2、实际电路中，如果Boost电路开关管始终导通，当L磁通饱和后，输入电压全部加到天关管Q，将会造成开关管Q因电流过大而发热烧毁，L也可能会同样烧毁；作为对比，Buck电路中开关管Q始终判断，输出电压在电容放电的作用下逐步降为零。

3、在两种电路中开关管Q要承受的电压均为输入电压Vdc。

4和5暂时不会计算。

6、Boost电路的输出纹波会更大，因为其有20%的死区存在。

 

 

 

LHTTB

1、

开关管始终关断时，Boost的输出电压等于输入电压；开关管始终导通时，Buck的输出电压也为等于输入电压；均因为稳态后电感饱和视为短路。

2、

开关管始终导通，Boost持续给电感储能，饱和后电流猛增，烧毁电源和管子等；开关管始终关断，Buck不工作。

3、理想情况Boost管子最大电压为输出电压，而Buck管子最大电压为输入电压。

4、开关管电流最大值即为电感电流峰值，CCM时容易计算见《双向直流变换器》22页，DCM时与输入电压和导通时间有关。不知提示和输出电压有关是何意思？

5、二极管最大反向电压为输出电压；平均电流为输出电流。

6、Boost输出纹波更大，因为电感位于输入侧，输出电流为二极管电流，即使在CCM下也是脉动的，使得输出电容电压纹波更大。

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1、当Boost电路中当开关管始终关断（Buck电路中开关管始终导通）时，电路中的Vdc都会通过电感，待2电路稳定后输出电压均等于Vdc。

2、

（1）如果在Boost电路中开关管始终导通，则Vdc通过电感到地短路，将电源短接到地。这可能会损坏电源，开关管也会以为过流发热损坏；

（2）如果在Buck电路中开关管始终关断，则电路不能正常工作，因为开关管始终关断，没有任何能量的转换，不能工作。

3、

（1）在理想情况下Boost电路中开关管承受的最大电压为输出电压加二极管的导通电压；

（2）在理想情况下Buck电路中开关管承受的最大电压为输入电压Vdc。

4、

（1）在Boost电路中开关管通过的最大电流为 Ip=Vo Ton / L;

（2）在Buck电路中开关管通过的最大电流为电感的峰值电流

5、

（1）在Boost电路中二极管需要承受的最大反向电压为输出电压Vo；

（2）在Buck电路中二极管需要承受的最大反向电压为输入电压Vdc。

6、Boost电路纹波大，Boost电路中电流峰值比Buck大得多

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1、理想的Boost电路，在开关管始终关断情况下(也可以说占空比为0)，输出电压是多少？作为对比，Buck电路在开关管始终导通情况下，输出电压是多少？
答：输出电压为一个不为零的小数值,Buck电路输出为0.

　　2、实际的电路中，如果Boost电路开关管始终导通，会发生什么情况？作为对比，Buck电路开关管始终关断，会发生什么情况？
       答：输出为零，输出为零
　　3、理想的Boost电路中，开关管需要承受的最大电压是多少？作为对比，Buck电路开关管需要承受的最大电压是多少？
       答：Boost最大电压是输出电坟，BUCK最大是输入电压
       
　　4、理想的Boost电路中，开关管通过的最大电流(瞬时值)是多少？提示：与输出电压有关。作为对比，Buck电路中开关管通过的最大电流是多少？

     

　　5、Boost电路中，二极管需要承受的最大反向电压是多少？一个周期内通过的平均电流是多少？

       答：最在反向电压即输出电压，平均电流

　　6、你觉得Boost输出的纹波大还是Buck电路输出的纹波大？比较时显然应该在相同的输出滤波电容和负载电压电流情况下，并且都在电感电流连续情况下进行比较。
       答：Boost的大，因为它的回路比BUCK的多。 

可欣

2>开关管会发热烧毁，而且电路不能正常工作；得不到能量补充，电路无法正常工作。

cjjh2014

1.输出电压为VIN;Buck拓扑则输出为0;

2.BOOST电路开关管始终导通输出为零，Buck电路开关管始终关断输出为零;

3.Boost最大电压是V0，BUCK最大是VIN;

4.开关管电流最大值即为电感电流峰值;

5.二极管最大反向电压为输出电压；平均电流为输出电流。

6.Boost输出纹波更大，因为电感位于输入侧，输出电流为二极管电流，即使在CCM下也是脉动的，使得输出电容电压纹波更大。

小米渣

1.一直关闭 输出为vin 一直导通应该视为短路 会旁路后级输出 vout=0 2.Boost电路中如果短路 mos发热烧毁 buck电路中不能降压大概率烧毁后端电路 3.开关管在boost电路中Vmax=2Vin 关断的瞬间产生 buck中vin 4.5 不太确定6 boost纹波大

miaods2002

1、在开关管始终关断情况下,输出电压接近输入电压Vdc。Buck电路在开关管始终导通情况下，输出电压也接近Vdc，公式：Vo=Vdc*（Ton/T），此时Ton=T。

2、如果Boost电路开关管始终导通，短时间输出没电压Vo=0，但开关管可能损坏，短路或开路，情况就不同了。如果Buck电路开关管始终关断，则输出无电压Vo=0V，开关管是安全的。
3、Boost电路中，开关管关断瞬间可能承受二倍的Vdc。而Buck电路开关管需要承受的最大电压仅为Vdc。
4、Boost电路中，开关管通过的最大电流出现在关断瞬间，(瞬时值)是Ip=Vdc*Ton/L1。Buck电路中开关管通过的最大电流Iq1=I2.
5、Boost电路中，二极管需要承受的最大反向电压是Vo，平均电流~~？？
6、Boost输出的纹波大。

damiaa

1，开关管始终关闭（不导通）。输入到输出之间只有个电感和二极管，又是直流所以输出电压比输入电压小一个二极管的电压。

2，开关管始终导通。那就短路了。危险。只怕要烧。

 

okhxyyo

928以上已统计

想飞就飞

1、理想的Boost电路，在开关管始终关断情况下(也可以说占空比为0)，输出电压是多少？作为对比，Buck电路在开关管始终导通情况下，输出电压是多少？

答：BOOST在开关管始终关断情况下，电感直通，输出电压是输入电压减去二极管压降

Buck电路在开关管始终导通情况下，输出电压等于输入电压。

2、实际的电路中，如果Boost电路开关管始终导通，会发生什么情况？作为对比，Buck电路开关管始终关断，会发生什么情况？

答：

Boost电路开关管始终导通，电感通过导通的开关管对地大电流，直接导致烧毁开关管烧毁或者电感线烧断。Buck电路开关管始终关断，没有电流流过电感，完好无损。

3、理想的Boost电路中，开关管需要承受的最大电压是多少？作为对比，Buck电路开关管需要承受的最大电压是多少？

答案：Boost电路开关管需要承受的最大电压为输出电压加一个二极管压降；Buck电路开关管需要承受的最大电压为输入电压

4、理想的Boost电路中，开关管通过的最大电流(瞬时值)是多少？提示：与输出电压有关。作为对比，Buck电路中开关管通过的最大电流是多少？

答：

BOOST：

BUCK：

5、Boost电路中，二极管需要承受的最大反向电压是多少？一个周期内通过的平均电流是多少？

答：

在开关管导通时，二极管阳极类似接地，阴极为输出电压，此时最大。

一个周期内通过的平均电流为

6、你觉得Boost输出的纹波大还是Buck电路输出的纹波大？比较时显然应该在相同的输出滤波电容和负载电压电流情况下，并且都在电感电流连续情况下进行比较。

答：BOOST会比较大

 

okhxyyo

1016统计

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1. (1) Boost电路，在开关管始终关断情况下(也可以说占空比为0)，输出电压是Vin；
(2) Buck电路在开关管始终导通情况下，输出电压是Vin；
2. (1) Boost电路开关管始终导通，Vin电源短路，输出电压为零；
(2) Buck电路开关管始终关断，输出电压为零；
3. (1) 理想的Boost电路中，开关管需要承受的最大电压是Vo（Vin+VLf）；
(2) Buck电路开关管需要承受的最大电压是Vin；
4. (1) 理想的Boost电路中，开关管通过的最大电流(瞬时值)是Io/(1-Dy)+(1-Dy)DyVo/(2*Lf*f);
(2) Buck电路中开关管通过的最大电流是(Vin-Vo)DyT/Lf;
5. (1) Boost电路中，二极管需要承受的最大反向电压是（Vin+VLf）
(2) 一个周期内通过的平均电流是DyT/(1-Dy)
6. (1) Boost输出的电流纹波为Dy*T*Io/Cf
(2) Buck电路输出的电压纹波为Vo(1-Dy)/(8Lf*Cf*f^2)

okhxyyo

1028统计

PowerAnts

问题：

1，BUCK中的电感和电容一经选定，输入是压、输出电压电流一定的情况下，通过电容的交流电流反比于频率，电容损耗反比于频率的平方；

2，频率增加，保持纹波系数不变，输入是压、输出电压电流一定的情况下，则流经电容的电流有效值不变，电容损耗不变。

 

boost和反激中，输入输出电压、电流一定，只要还处于连续模式，占空比不会变，则纹波电流有效值也不会变，实际上频率增加纹波系数会下降，有效值下降，电容损耗略降

LuJianchang

1、理想的Boost电路，在开关管始终关断情况下(也可以说占空比为0)，输出电压是多少？作为对比，Buck电路在开关管始终导通情况下，输出电压是多少？
理想状态下二者输出电压均等于输入电压；
2、实际的电路中，如果Boost电路开关管始终导通，会发生什么情况？作为对比，Buck电路开关管始终关断，会发生什么情况？
如果Boost电路开关管始终导通，电感持续储能|，流过开关管的电流随之上升，导致开关管发热，严重会导致电感和开关管损坏；Buck电路开关管始终关断，则输入电压被切断，因此输出电压为零。
3、理想的Boost电路中，开关管需要承受的最大电压是多少？作为对比，Buck电路开关管需要承受的最大电压是多少？
理想的Boost电路中，开关管需要承受的最大电压等于输出电压，Buck电路开关管需要承受的最大电压等于输入电压。
5、Boost电路中，二极管需要承受的最大反向电压是多少？一个周期内通过的平均电流是多少？
二极管需要承受的最大反向电压等于输出电压，一个周期内通过的平均电流等于输出电流。
6、你觉得Boost输出的纹波大还是Buck电路输出的纹波大？比较时显然应该在相同的输出滤波电容和负载电压电流情况下，并且都在电感电流连续情况下进行比较。
Boost电路输出的纹波比较大。

okhxyyo

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