降压型直流对直流电源转换器（BuckConverter）.PDF

篇名： 降壓型直流對直流電源轉換器(Buck Converter) 作者： 林忠榮。國立基隆高级海事職業學校。資訊科三年丙班 指導老師： 吳裕明老師 降壓型直流對直流電源轉換器(Buck Converter) 降壓型直流對直流電源轉換器(Buck Converter) 壹●前言 近十年來 ，交換式電源供應器(Switching Power Supply ，SPS)的應用日益漸趨於 普遍 ，從早期個人電腦主機的電源，到現在的筆記型電腦、電腦螢幕、攝影機， 行動電話等等，不是用於市電交流(AC110V 、220V)轉換成直流以供應設備所要 輸入的電壓 ，那不就是用於充電裝置，設計時所需使用的元件，都可以減少， 所以體積變小 ，重量也輕了許多。相較於傳統的線性式電源供應器(Linear Power Supply) ，交換式電源供應器除了由於操作在高頻(20kHz~ 200kHz) ，使得所用的 元件其體積小、重量輕之外，最重要的是具有高電能轉換效率，扮演著近來全球 所提倡之節能減碳舉足輕重之重要角色 。 本論文就交換式電源供應器常見拓樸之一的降壓型直流對直流電源轉換器 (Buck Converter) 做深入的探討 ，其所使用的元件有電感L 、電容C 、雙極性 接面電晶體(BJT)或金氧半場效應電晶體(MOSFET) 、二極體，這些元件各自的 工作理論及特色 ，都得要用到基本電學及電子學所學過的理論及知識來去應用 及擴展。這種降壓型直流對直流電源轉換器的電路只要符合輸出直流電壓不得 高於輸入直流電壓 ，便能設計得到任何想要之輸出直流電壓值 ，並且經由加入 回授電路之控制 ，便可允許輸入直流電壓或負載在一範圍內之變動 ，輸出 電壓皆能穩壓 ，可穩定的提供負載所需的直流電壓，並且具有至少80%以上 之高轉換效率 ，相較於線性式穩壓器之 60%~ 70% ，是個兼具節約能源與輕 、 薄、短、小之電源供應器 。 貳●正文 降壓型直流對直流電源轉換器電路如圖一所示 ，可將輸入直流電壓轉換成比 輸入電壓低之輸出直流電壓 ，例如把輸入直流電壓12V 轉換成輸出直流電壓 5V ，是一種交換式電源轉換器之電路。功率開關S1 被控制電路驅動作高頻率地 切換 ，與飛輪二極體(flywheel diode)D 將輸入直流電壓 V 切換成具有 V 和零 1 in in 兩種狀態之高頻脈動直流 ，為再經過由輸出電感 Lo 與輸出電容 Co 組成之低通 濾波器產生直流電壓輸出。 一、降壓型直流對直流電源轉換器電路工作原理分成兩種模式 ，敘述如下： 1 、模式一 (0 t DT ) s 功率開關S1 的閘-源極電壓vGS1 為高準位，故S1 的汲-源極導通，此時等效電路 如圖二所示。若將S1視為理想開關 ，即汲-源極電壓vDS1 為零，則輸入直流電壓 Vin 直接跨接在飛輪二極體(flywheel diode)D1 兩端 ，D1 跨壓vD1 等於Vin ，故D1 被逆偏而不導通 ，D1 電流iD1 等於零 。 1 降壓型直流對直流電源轉換器(Buck Converter) 降壓型直流對直流電源轉換器(Buck Converter) 輸出電感 Lo 的跨壓vLo 等於Vin − Vo ，由於輸出直流電壓Vo 必然低於Vin ， 故此時的 vLo 為一正電壓 ，Lo 便儲存能量 ，因此輸出電感電流iLo 線性上升 。 在此模式工作之降壓型