降压式（Buck）变换器

zbz0529

降压式（Buck）变换器 [复制链接]

降压式（Buck）变换器

图3.1所示的直流变换器在使用时输出纹波较大，为降低输出纹波，在输出端接入电感L、电容C滤波电容，如图3.2（a）所示，图中V2为续流二极管。这就是降压（Buck）式变换器，其输出电压平均值Uo总是小于输入电压Ud。通过电感中的电流（iL）是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。

　

图3.2降压式（Buck）变换器
（a）电路(b)波形

当电路工作频率较高，若电感和电容量足够大并为理想元件，电路进入稳态后，可以认为输出电压为常数。当晶体管V1导通时，电感中电流呈线性上升，因而

Ud－Uoa=L(iomax－iomin)/ton=L△ion/ton

式中ton是晶体管导通时间。

当晶体管截止时，电感中电流不能突变，电感上感应电动势使二极管导通，这时

Uoa=L(iomax－iomin)/toff=L△ioff/toff

式中toff为晶体管截止时间。在稳态时△ion=△ioff=△i。

因为电感滤波保持了直流分量，消除了谐波分量。输出电流平均值为

Ioa=(iomax＋iomin)/2=Uoa/RL(3.4)

3.2升压式（Boost）变换器

图3.3为升压式变换器，它由功率晶体管V1、储能电感L、二极管V2及滤波电容C组成。当晶体管导通时，电源向电感储能，电感电流增加，感应电动势为左正右负，负载Z由电容C供电。当V1截止时，电感电流减小，感应电动势为左负右正，电感中能量释放，与输入电压顺极性一起经二极管向负载供电，并同时向电容充电。这样把低压直流变换成高压直流。其输出电压平均值将超过电源电压Ud其电路的工作波形如图3.3(c)所示。

在电感电流连续的条件下，电路工作于图3.3（b）所示的两种状态。

　

图3.3升压式(Boost)电路
(a)电路；(b)等效电路；（c）波形

图3.4升/降压式电路
(a)电路；(b)等效电路；(c)波形

（1）当晶体管导通、二极管截止（即0≤t≤t1=DT）期间，t1=0～DT，t=0时刻，V1导通，电感中的电流按直线规律上升

Ud=L(I2－I1)t1=L△I/t1(3.5)

（2）当晶体管由导通变为截止（即t1≤t≤T）期间，电感电流不能突变，产生感应电动势迫使二极管导通，此时

Uoa－Ud=LI/t2,t2=DT～T=(1－D)T

则△I=Udt1/L=(Uoa－Ud)t2/L

将t1=DT,t2=(1－D)T代入上式，则求得

Uoa=Ud/(1－D)(3.6)

式3.6表明，BoostDC/DC变换器是一个升压斩波器。当D从零趋近于1时，Uoa从Ud变到任意大。同理可求得输入电流

I=Ioa/(1－D)(3.7)

T=△ILUo/Ud(Uoa－Ud)(3.8)

△I=Ud(Uoa－Ud)/fLUoa=UdD/fL(3.9)

式中f为开关转换频率。若忽略负载电流脉动，那么[0,t1]期间，电容上泄放的电荷量，反映了电容峰—峰电压脉动量，亦即输出电压uo的脉动量(3.10)

由式3.5和式3.9求得t1=(Uoa－Ud)/Uoaf,并代入式3.10得，见图3.3（c）

△Uc=Ioa(Uoa－Ud)/UoafC=IoaK/fC,

K=(Uoa－Ud)/Uoa(3.11)

3.3升/降压式（Buck－Boost）变换器

图3.4（a）为Buck－Boost电路，这是降压－升压混合电路，其输出电压可以小于输入电压Ud，也可以大于输入电压，而输出电压极性与输入电压相反。其工作波形示于图3.4(c)。

在电感电流iL连续条件下，Buck－Boost电路工作于图3.4(b)所示的两种状态。

经分析推导，可以得出输出电压平均值为

Uoa=－UdD/(1－D)(3.12)

同前面分析一样，可得

Io=IoaD/(1－D)(3.13)

4AC/AC变换

　　在需要不同于市电频率或频率可变的交流电源的场合，通常采用AC/AC变换电路。