BucBoost开关电源原理简介.docVIP

开关电源基本电路及原理介绍Buck变换器有两种基本工作方式： ?CCM(Continuous current mode)：电感电流连续模式，输出滤波电感Lf的电流总是大于零 DCM(Discontinuous current mode)：电感电流断续模式，在开关管关断期间有一段时间Lf的电流为零 1.1???CCM时的基本关系： ? 1.2 ?DCM时的基本关系： DCM可分为两种典型情况： ?输入电压Vin不变，输出电压Vo变化，常用作电动机速度控制或充电器对蓄电池的恒流充电?? 输入电压Vin变化，输出电压Vo恒定，即普通开关稳压电源? 1.3??电感电流临界连续的界： ? ? ? 1.3.1? 输入电压恒定不变时：Vin=const 可画出Buck变换器在Vin=const时的外特性曲线： ? ? 图中虚线为电感电流临界连续的边界，内部为电流断续区，外面为电流连续区。 ? ? 理想情况下，在电流断续区输出电压仅由占空比Dy确定。实际电路中，因元器件的非理想化，在电感电流的连续区，Buck变换器的外特性也是下降的，即Io加大，Vo降低。为保持Vo不变，在Io增加时，要适当加大占空比Dy。 ? ? 1.3.2? 输出电压恒定不变时：Vo=const ? ? 可画出Buck变换器在Vo=const时的标幺特性曲线： ? ? 图中虚线为电感电流临界连续的边界，右上方为电流连续区，左下为电流断续区。 ? ? 在电感电流临界连续时，若加大负载，则进入电流连续工作区；减小负载，则进入电流断续区。 若负载不变，减小输入电压Vin，为使Vo不变，应加大Dy，也进入电流连续区。 在电流断续时，即使输入电压Vin不变，为了保持输出电压Vo恒定，也要随负载电流的不同来调整占空比Dy。 2.3 电感电流临界连续的边界： 2.3.1 输入电压恒定不变时：Vin=const 2.3.2 输出电压恒定不变时：Vo=const 2.3.3 电感电流临界连续的边界曲线：上方为电感电流连续区，下方为断续区 电流断续时，开关管Q导通期间存储在电感Lf中的磁能在Q截至期间全部通过二极管D转移到输出端，如果变换器不接负载电阻，或电阻太大，必使Vo不断增加，因此没有电压闭环调节的Boost变换器不能在输出端开路情况下工作。 三、Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。 Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。 电感Lf用于储能和转换能量，Q导通时电感Lf储能，负载由电容Cf供电；Q关断时，电感向负载供电。 3.1 CCM时的基本关系： 3.2 DCM时的基本关系： 3.3 电感电流临界连续的边界： 3.3.1 输入电压恒定不变时：Vin=const 3.3.2 输出电压恒定不变时：Vo=const 3.3.3 电感电流临界连续的边界曲线：上方为电感电流连续区，下方为断续区 由图可见，在Vo=const时，如果Dy0.5，即VoVin，变换器很容易进入电感电流断续区。 由于这种变换器的输出电流和电感电流不同，故二者的边界不相同，输出电流Io的边界线在电感电流的下方，因为Io只是电感电流的一部分。 四、Cuk变换器：美国加州理工学院Slobodan Cuk提出的对Buck/Boost改进的单管不隔离直流变换器，在输入输出端均有电感，可以显著减小输入和输出电流的脉动，同样是输出电压的极性与输入电压相反，同样是输出电压既可低于也可高于输入电压。Cuk变换器可看做是Boost变换器和Buck变换器串联而成，合并了开关管。 开关管Q也为PWM控制方式。Cuk变换器也有CCM和DCM两种工作方式，但不是指电感电流，而是指流过二极管的电流连续或断续。在一个开关周期中开关管Q的截止时间(1-Dy)Ts内，若二极管电流总是大于零，则为电流连续；若二极管电流在一段时间内为零，则为电流断续工作；若二极管电流在t=Ts时刚降为零，则为临界连续工作方式。 Cuk变换器中有两个电感，这两个电感之间可以没有耦合，也可以有耦合，耦合电感可进一步减小电流脉动量。 分析时增加一个假设：耦合电容C1容量很大，变换器在稳态工作时C1的电压基本保持恒定。 4.1 CCM时的基本关系： Cuk变换器中，电源能量经过3次变换才到负载。第一次是Q导通，电感L1储能增长，电能转换为磁储能；第二次是Q截止，L1的磁能转移为C1的电能存储着；第三次是Q导通，C1的电能转移到负载和输出回路的电感