DC/DC轉(zhuǎn)換器：電路分析–預(yù)測(cè)電路輸出簡(jiǎn)介

DC/DC轉(zhuǎn)換器的行為由有助于構(gòu)建電路的元件相互作用決定。電路分析是理解實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)換器輸出的一個(gè)關(guān)鍵方面，因?yàn)樗婕巴ㄟ^(guò)計(jì)算研究各種電量，如節(jié)點(diǎn)電壓和環(huán)路電流。請(qǐng)繼續(xù)閱讀，詳細(xì)了解 DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路的基礎(chǔ)知識(shí)以及演示電路分析過(guò)程的關(guān)鍵示例。

DC/DC轉(zhuǎn)換器電路的基礎(chǔ)知識(shí)

DC/DC轉(zhuǎn)換器是電力電子和工業(yè)應(yīng)用中能源驅(qū)動(dòng)研究的一個(gè)關(guān)鍵方面。為了滿足多種應(yīng)用的需求，重要的是要根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)它們，并了解電路行為的細(xì)微差別[1]。電壓和電流關(guān)系控制著平衡期間轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)。影響這些值的因素有很多，包括電容器中的電壓紋波、電感引起的電流紋波、平衡狀態(tài)等。

一些基本DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖如圖1所示。如果我們仔細(xì)觀察這些電路，它們大多由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，二極管，電感器，電容器和直流電源等基本電氣元件組成。這些基本元件的排列和數(shù)量在這些電路中有所不同，因此它們產(chǎn)生不同的結(jié)果。電路分析的一般策略是創(chuàng)建和求解一個(gè)獨(dú)立的方程組，以確定設(shè)計(jì)條件或求解基本變量。它也可以定義為確定電路中每個(gè)元件的電壓和電流[2]。

圖 1.

基本 DC-DC 轉(zhuǎn)換器電路圖。EETech的圖像屬性

電路分析示例

DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作模式可以根據(jù)流經(jīng)電感器的電流分為兩種不同的模式[3]。當(dāng)電感電流始終大于零時(shí)，稱為在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下工作。在由于低開(kāi)關(guān)頻率或高負(fù)載電阻導(dǎo)致平均電感電流較低的情況下，轉(zhuǎn)換器被稱為在不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下工作。

重要的是要知道CCM是轉(zhuǎn)換器的首選工作模式，因?yàn)樗哂刑岣咝?，無(wú)源器件元件數(shù)量少以及有效使用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。DCM中的轉(zhuǎn)換器操作稍微復(fù)雜一些，需要?jiǎng)討B(tài)控制。這需要確定電感器的最小值，以便保持CCM中的工作。

為了簡(jiǎn)化電路分析的復(fù)雜性，進(jìn)行了一些近似值。這包括假設(shè)負(fù)載本質(zhì)上是阻性的，輸出電壓的直流分量是無(wú)紋波的。此外，電感和電容在大多數(shù)情況下被認(rèn)為是純的，盡管它涉及小紋波近似值。

以降壓-升壓轉(zhuǎn)換器為例。從圖2可以看出，與輸入相比，輸出電壓的極性是相反的?？紤]到電容器在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之前是完全充電的，很明顯，一旦開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)兩端的電壓等于電感兩端的電壓。此外，輸出電壓與電容器兩端的電壓相同。一旦開(kāi)關(guān)關(guān)閉，電感和電容器兩端的電壓幅度相等，但極性相反。

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圖 2.

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路圖，當(dāng) （a） 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和 （b） 開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)。EETech的圖像屬性

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵電壓和電流波形如圖3所示。仔細(xì)觀察這些情況，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)電感電流的上升可以通過(guò)電流最大值和最小值的差異來(lái)確定。同樣，當(dāng)開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通時(shí)，電感電流的下降由最小和最大電感電流值的差異決定。這產(chǎn)生了輸入和輸出電壓之間的關(guān)系：：

VO=D/（1?D）。VSVO=D/（1?D）。VS

其中 D 是占空比。

圖 3.

輸入電流、二極管電流、電感電流和降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電感兩端電壓的波形。EETech的圖像屬性

此外，基于最小電感電流的等式以及該值必須為零才能維持CCM操作的事實(shí)，可以估計(jì)最小電感值。需要注意的是，當(dāng)占空比小于0.5時(shí)，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器充當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器，當(dāng)占空比大于0.5時(shí)，它作為升壓轉(zhuǎn)換器工作。在占空比正好為0.5的情況下，輸出電壓值與輸入電壓值相同。

關(guān)鍵要點(diǎn)

電路分析是理解實(shí)現(xiàn)和轉(zhuǎn)換器輸出的一個(gè)關(guān)鍵方面，因?yàn)樗婕巴ㄟ^(guò)計(jì)算研究各種電量，如節(jié)點(diǎn)電壓和環(huán)路電流。

電路分析的一般策略是創(chuàng)建和求解一個(gè)獨(dú)立的方程組，以確定設(shè)計(jì)條件或求解基本變量。

CCM是轉(zhuǎn)換器的首選工作模式，因?yàn)樗哂刑岣咝?、無(wú)源器件元件數(shù)量少以及有效使用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。


審核編輯：劉清