諧振變換器到底是什么及理想和非理想buck變換器的模型介紹

變換器是常用器件，電子相關(guān)專業(yè)的朋友對變換器通常較為了解。為進(jìn)一步增進(jìn)大家對變換器的認(rèn)識，本文將基于兩點(diǎn)介紹變換器：1.何為諧振變換器，2.理想/非理想buck變換器模型介紹。如果你對變換器抑或本文內(nèi)容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、諧振變換器

諧振變換器由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ns、諧振槽路NT、整流電路NR、低通濾波器NF等部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖由圖1所示。在圖1中，Vg為直流電壓源，提供輸入功率。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ns將直流能量變換為交流能量，其輸出電壓vs（t）為一個方波功率信號。vs（t）含有基波和高次諧波，其頻譜特性如圖2-a所示。vs（t））是諧振槽路NT的輸入信號。諧振網(wǎng)絡(luò)NT是具有帶通特性的線性網(wǎng)絡(luò)。其傳輸比 定義為輸出信號和輸入信號之比。電壓傳輸特性 描述了NT的頻率響應(yīng)，其頻譜特性如圖2-b所示。由圖2-c可知，如果NT是一個高Q值的諧振網(wǎng)絡(luò)且 比較接近于 ，則NT的輸出信號中只含有vs（t）中的基波，高次諧波分量可以忽略不計(jì)。因此整流網(wǎng)絡(luò)NR的輸入信號為一個正弦量。假定整流網(wǎng)絡(luò)為全波整流器，則整流器的輸出為全波整流波形，全波整流波形展開后，含有直流分量和高次諧波分量，其頻譜如圖2-d所示。從頻譜分析觀點(diǎn)看，NR的作用相當(dāng)于“頻譜搬移”。假定低通濾波網(wǎng)絡(luò)NF的轉(zhuǎn)折頻率遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率，其頻譜如圖2-e所示。

圖1 諧振變換器框圖

下面簡要介紹諧振變換器的調(diào)節(jié)原理，當(dāng)開關(guān)頻率 等于諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率時(shí)，直流輸出電壓達(dá)到最大值;當(dāng)開關(guān)頻率偏離 ，直流輸出電量降低， 偏離 越遠(yuǎn)，直流輸出電壓越低。因此，諧振變換器是通過改變 與 的偏離程度達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。

圖 2 諧振變換器的頻譜

依據(jù)諧振槽路的類型分類，諧振變換器主要包括三種基本的類型：串聯(lián)諧振變換器（SRC）、并聯(lián)諧振變換器（PRC）和串并聯(lián)諧振變換器（SPRC）。

二、理想/非理想buck變換器模型

Buck變換器考慮其非理想寄生參數(shù)的等效電路如圖3所示，其中有源開關(guān)功率MOSFET等效為開關(guān)S和導(dǎo)通電阻RS的串聯(lián)，二極管D等效為開關(guān)D、正向壓降VD和導(dǎo)通電阻RD的串聯(lián)，RL、RC分別為濾波電感L、濾波電容C的等效串聯(lián)電阻。假設(shè)開關(guān)元件S的開關(guān)周期為TS，導(dǎo)通時(shí)間為Ton，則占空比D=Ton/TS。

圖3 考慮寄生參數(shù)的非理想Buck變換器等效電路

對于CCM模式下考慮電感電流紋波影響的非理想Buck變換器，流過電感以及兩個開關(guān)管上的電流波形如圖4所示。

圖4 CCM模式下Buck變換器各電流波形

設(shè)電感電流iL（t）在一個開關(guān)周期內(nèi)的最大值為Imax，最小值為Imin，則電感電流iL（t）可以表示為：

用相同的方法便可以得到有源功率開關(guān)管S的導(dǎo)通電阻RS和續(xù)流二極管D支路中寄生電阻RD折算到電感支路中的等效平均電阻

將續(xù)流二極管D支路中寄生電壓VD折算到電感支路中的等效平均電壓為：

VE=（1-D）VD （9）

電感L本身的等效串聯(lián)電阻為RL，最后將電感支路上三個串聯(lián)等效寄生電阻合并，得到電感支路上總的等效平均電阻為：

至此，已經(jīng)根據(jù)能量守恒原理，求出兩個開關(guān)元件寄生參數(shù)的等效平均值，并將他們折算到電感支路中，此時(shí)的Buck變換器等效電路模型如下圖所示。

圖5 等效變換后的CCM模式下非理想Buck變換器等效電路模型