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  • 開關電源,Buck變換器工作原理圖文介紹
    • 發(fā)布時間:2023-07-15 16:58:57
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    開關電源,Buck變換器工作原理圖文介紹
    Buck變換器工作原理
    先來看一下 Buck變換器的工作原理,典型 Buck變換器的原理圖和關鍵波形如圖 1 所示,圖中標明各點的開關波形,用于后續(xù)計算。
    開關 Buck變換器
    圖 典型 Buck變換器的原理圖和關鍵波形
    Buck變換器的主要功能是把一個較高的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的直流輸出電壓。為了達到這個要求,MOSFET 以固定頻率(fS),在脈寬調(diào)制信號(PWM)的控制下進行開、關操作。
    當 MOSFET 導通時,輸入電壓給電感和電容(L 和 COUT)充電,通過它們把能量傳遞給負載。在此期間,電感電流線性上升,電流回路如回路 1 所示。
    當 MOSFET 斷開時,輸入電壓斷開與電感的連接,電感和輸出電容為負載供電。電感電流線性下降,電流流過二極管,電流回路如回路 2 所示。
    MOSFET 的導通時間定義為 PWM 信號的占空比(D)。D 把每個開關周期分成[D * tS]和[(1 – D) * tS]兩部分,它們分別對應于 MOSFET 的導通時間(環(huán)路 1)和二極管的導通時間(環(huán)路 2)。所有開關電源拓撲(升壓、降壓、反相等)都采用這種方式劃分開關周期,實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。
    對于降壓轉(zhuǎn)換電路,較大的占空比將向負載傳輸較多的能量,平均輸出電壓增加。相反,占空比較低時,平均輸出電壓也會降低。根據(jù)這個關系,可以得到以下理想情況下(不考慮二極管或 MOSFET 的壓降)降壓型開關電源的轉(zhuǎn)換公式:
    開關 Buck變換器
    上述公式也就是 buck變換器的傳遞函數(shù)
    需要注意的是,任何開關電源在一個開關周期內(nèi)處于某個狀態(tài)的時間越長,那么它在這個狀態(tài)所造成的損耗也越大。對于降壓型轉(zhuǎn)換器,D 越低(相應的 VOUT越低),回路 2 產(chǎn)生的損耗也大。
    另外,圖 1 (以及其它絕大多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器拓撲)中的MOSFET 和二極管是造成功耗的主要因素,相關損耗主要包括兩部分:傳導損耗和開關損耗。
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