DC变换器设计.pptVIP

DC变换器设计 施鑫淼 2014-12-3 电源拓扑的衍生 电源拓扑的衍生 buck-boost电路 三种基本拓扑 基本拓扑只有3种 为什么只有3种?这是由电感的连接方式所决定的。设置合适的参考地后，有3种端子：输入端、输出端和地端。若电感一端与地相连，则是Buck-boost，若电感一端与输入端相连，则是Boost，若电感一端与输出相连，则是Buck。 Buck和Boost Boost电路详细分析 CCM模式下的情况: Boost CCM各点的波形 输入输出电压关系？ 电感的电压波形？ 电容的电流波形？ 电感的电流波形？ 输出电压波形？ 电感电流平均值？ 电感电流纹波？ 输出电压纹波？ Boost CCM各点的波形 Boost DCM各点的波形 DCM模式下的情况： Boost DCM各点的波形 CCM和DCM的临界条件 电感电流的直流分量和交流纹波 前面我们已经仔细分析计算了Boost电路的各个波形情况，推导了电感电流的直流分量和交流纹波 电感电流的直流分量 由上面2个式子可以知道： 改变L不会影响Idc 改变f不会影响Idc 改变负载电流一定会影响Idc 改变输入/输出电压（占空比）会不会影响Buck电路的Idc，但会影响Boost和Buck-boost的Idc 电感电流的交流纹波 改变D、L和f都可以改变交流纹波 改变负载电流不会影响交流纹波 电感感值增加一倍，电流纹波就可以减小一倍 F增加一倍，电流纹波就可以减小一倍 电流纹波率r 这里引入一个开关电源最基本影响最广的一个参数——电流纹波率r，它是电感电流纹波（峰峰值）和直流分量的一个比值 电流纹波率r r是在CCM下定义的，它的有效范围为0~2。 当r=0的时候，相当于L无穷大 当r=2的时候，变换器工作在临界模式 这种情况下，纹波电流等于直流分量。 r与电感量的关系 r的最佳值 就变换器各参数应力和体积，r选为约0.4是比较合适的。 电感量与电感体积的关系 r很小的时候，要求电感要有较大的能量处理能力，即要求要有大的电感体积 在输入输出电压、负载电流恒定的情况下，要想减小r的唯一方法就是加大L 频率对电感量和电感体积的影响 若输入输出条件保持不变，f增加一倍，则对应的伏秒数减了一半，则r就会减小一半到0.2。这个时候为了使r保持到最佳值0.4，就需要减小电感感值。 由于电感减半，所以电感需要处理的能量也减半，此时电感体积也可以减小一半。 Boost 电感设计步骤（讨论） 这种情况下会出现很高的感应电压尖峰。为解决这个问题，我们可以在开关断开时给电感提供一个回路。开关断开时，电感电流就会流经此回路，而不产生高的感应电压。 电感不再产生不可控的感应电压，但是电流会渐升，无法得到所期望的合适输出。 怎么办？ 我们需要一个稳定的直流输出电压 为何我们不在输出端加个电容来稳压？ 这其实就是最早的开关变换器拓扑——buck-boost电路 左侧电路中占空比是多少？ 输入输出电压关系式推导？ （利用电感伏秒平衡） D=0.314 电感电容稳定条件： 电感伏秒平衡 电容安秒平衡 DCM模式下的计算较为复杂，有兴趣的可以后面自行推导 在L、F固定时，Uin在什么情况下纹波电流最大？ 纹波电流与Uin的变化关系？ 一旦设计者确认了r（对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值），则几乎所有参数（输入输出电容的电流，开关管电流有效值）均已确定 能量曲线：r超过0.4之后，能量变化减小，即电感的体积减小已不明显 电容电流有效值：r超过0.4以后，值明显增加 增大负载电流时，电感该怎么改？ 增大电感体积，减小L 不是电感越大，感值就一定越大 1、确定输入电压范围、输出电压、负载电流、开关频率、电压纹波要求 2、确定最恶劣的输入电压 3、r设定为0.4左右 4、根据关系式确定电感值 5、根据需要存储的能量来选磁芯 6、计算匝数 7、验算饱和裕量、迭代 8、实验验证