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Buck變換器和Boost變換器原理分析
發(fā)布時(shí)間：2022-12-08 00:00:00 瀏覽：1608次
在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中，直流變換器中的功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。目前開(kāi)關(guān)電源的工作頻率在幾百kHz，有些甚至已經(jīng)到了MHz量級(jí)。如下圖所示是DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的原理框圖：
DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的原理框圖
開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)方式有很多種，如最傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，目前常用的為提高變換效率的零電壓（ZV）、零電流（ZC）技術(shù)、相移脈寬調(diào)制零電壓諧振變換等。每種技術(shù)之下，又有很多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)需要豐富的模擬電路知識(shí)，涉及到功率器件選取、電源濾波、驅(qū)動(dòng)電路、控制環(huán)路、高頻磁芯變壓器、EMC等多個(gè)方面。
脈寬調(diào)制
是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中最成熟的技術(shù)。脈寬調(diào)制是一種功率控制方式，不同占空比的脈沖具有不同的直流分量，所以負(fù)載變化時(shí)，根據(jù)調(diào)整輸出脈沖的占空比達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。脈寬調(diào)制易于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)脈沖具有固定的頻率，與負(fù)載特性無(wú)關(guān)，因此應(yīng)用最為廣泛。
buck電路和boost電路同屬脈寬調(diào)制型開(kāi)關(guān)電路，是組成DC/DC變換器的兩個(gè)基本電路。buck電路開(kāi)關(guān)管串聯(lián)在主電路中，為降壓式DC/DC變換器。boost電路的開(kāi)關(guān)管并聯(lián)在主電路中，為升壓式DC/DC變換器。
Buck變換器
Buck變換器由電壓源、串聯(lián)開(kāi)關(guān)和電流負(fù)載組成，也稱(chēng)它為串聯(lián)開(kāi)關(guān)變換器。如下圖所示是它的基本拓?fù)湫问剑?nbsp;
Buck變換器
下圖所示是晶體管開(kāi)關(guān)變換器（buck）電路，其中晶體管Q為開(kāi)關(guān)器件，L為濾波電感，C為濾波電容，D為續(xù)流二極管。
晶體管開(kāi)關(guān)變換器（buck）電路ton為晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，在此時(shí)間段，L內(nèi)的電流逐漸增加，當(dāng)導(dǎo)通結(jié)束后，進(jìn)入晶體管截止時(shí)間段toff，這時(shí)候由于L內(nèi)的電流到達(dá)最大值ILmax，電感中的電流不能突變，所以，L中繼續(xù)有電流流過(guò)，二極管D作為晶體管截止期間的續(xù)流元件。當(dāng)截止時(shí)間結(jié)束后，電感中的電流到達(dá)最小值ILmin，重新開(kāi)始新的周期。
Boost變換器
Boost變換器是從buck變換器進(jìn)行對(duì)偶變換后得到的，其原理如下圖所示：
Boost變換器
Boost變換器稱(chēng)為并聯(lián)開(kāi)關(guān)變換器。與buck變換器不同的是，boost型電感在輸入端（開(kāi)關(guān)），buck型電感在輸出端。
Boost型變換器的輸出電壓Vo總是大于輸入電壓Vi。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，二極管D關(guān)閉，電感L與開(kāi)關(guān)管的節(jié)點(diǎn)電壓為0。當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)，電感L兩端的電勢(shì)翻轉(zhuǎn)，所以電感L與開(kāi)關(guān)管的節(jié)點(diǎn)電壓大于輸入電壓Vi，電感電流通過(guò)二極管D續(xù)流，使得Vo大于Vi。由Vo=Vi*[T/(T-Ton)]可以證明，T是開(kāi)關(guān)脈沖周期，Ton是導(dǎo)通時(shí)間。
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