开关式电源电路中电感电流存在三种不同的工作模式:
1. 连续导电模式(CCM)
2. 断续导电模式(DCM)
3. 临界导电模式(BCM)。
BUCK电路的基本原理与计算公式
降压型变换器电路(BUCK电路)主要由开关管Q、二极管VD、储能滤波电感器L和输出滤波电容器C等组成。作为DC-DC变换器中常用的电路,由于输出电压小于或等于输入电压,故又称为降压型变换器。
- 开关管的开启时间Ton与关闭时间Toff之和构成一个开关周期Ts:
- 由此得出占空比D的计算公式为D=Ton/(Ton+Toff)或D=Ton/Ts。
根据伏秒平衡原理:
- 假设输入电压为Vin,输出电压为Vo,则Vo的计算公式为Vo=Vin X D。
- 当输出电压Vo保持恒定时,占空比D的工作范围与输入电压的变化范围相关联。
假设变换器无损耗,即功率传输效率为100%,根据能量守恒原理:
- 输入功率Pi(等于Vin乘以电流Ii)等于输出功率Po(等于Vo乘以电流Io)。
电感电流的变化量计算公式为:△IL = VL × t / L。
在电感电流连续流动的状态下:
- 开关管Q的电流平均值Iq等于Io乘以D。
- 续流二极管VD的电流平均值Ivd等于Io乘以(1-D)。
理想情况下,开关管和二极管截止时的额定电压均等于输入电压,即Vq=Vd=Vin。
变换器的输出滤波电容处于周期性的充电和放电状态,一个周期内的平均电流为0。理想情况下,一个周期内电容器的充电电荷等于输出电压的纹波。
BOOST电路的基本原理与计算公式
BOOST电路中,主要元件包括开关管、二极管VD、储能滤波电感L和输出滤波电容C等。它是DC-DC变换器中常用的非隔离型变压电路,由于输出电压大于输入电压,因此也被称为升压型变换器。
- 与BUCK电路相似,占空比D的计算依旧是D=Ton/(Ton+Toff)或D=Ton/Ts。
根据伏秒平衡原则得出:
- Vo的计算公式为Vo=Vin/(1-D)。
能量守恒原理同样适用:
- 输入电流Ii等于Io除以(1-D),即Ii=Io/(1-D)。
电感上的电流变化量同样由△IL = VL × t / L给出。
在电感电流连续的情境下:
- 电感电流的最大值和最小值计算方法分别为...
开关管VT和二极管VD的最大电流等于电感电流的最大值,即Ivt=Id=ILmax。
流过开关管VT的平均电流Ivt等于D倍的Io除以(1-D),即Ivt=D×Io/(1-D)。
流过二极管VDl的平均电流Ivd等于Io。
理想情况下,截止期间开关管VT和二极管VD所施加的电压等于输出电压Vo,即Vvt=Vd=Vo。
考虑开关管VT导通期间,输出电容器为负载提供输出电流Io的事实,并认定电容C两端电压变化很小,电容C的电荷变化量即代表输出电压的纹波。