降壓轉(zhuǎn)換器2

今天繼續(xù)分享介紹降壓轉(zhuǎn)換器的一些知識。先來首歌靜下心哈哈。

圖1顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Q1開關(guān)以固定頻率和可變占空比信號運行。

圖1：降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/p>

Q1導(dǎo)通（TON）

在這種配置中，電路重新繪制，如圖2所示。二極管反向偏置，使其成為開路。

圖2：降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌篢ON

根據(jù)圖2，電感上的電壓如公式1所示。

公式1：

Q1斷開（TOFF）

如圖3所示，當(dāng)開關(guān)Q1打開時，電感器將嘗試保持電流像以前一樣流動。

圖3：降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌篢OFF

結(jié)果，D1，LO，Q1交叉點處（即通常所說的“SW”點）的電壓將突然變?yōu)樨?fù)，以支持在相同方向上的連續(xù)電流。公式2顯示了此時的電感電壓，而公式3顯示了電流。

公式2：

公式3：

輸入/輸出關(guān)系和占空比

到目前為止所描述的被稱為連續(xù)模式。要了解它的含義及其重要性，請參考圖4（G），它代表電感電流。如前所述，電感電流在TON期間上升，在TOFF期間下降。

圖4：降壓轉(zhuǎn)換器波形

可以使用公式4輕松計算平均電流。

公式4：

平均電感電流也就是流向輸出的電流，因此輸出平均電流等于公式5。

公式5：

當(dāng)輸出負(fù)載RO（與輸出電容器CO并聯(lián)連接）的值增加，這樣會降低平均輸出電流。如圖5所示，電流從標(biāo)稱負(fù)載的A線移動到較大負(fù)載的B線。應(yīng)該注意的是，在TON和TOFF期間，兩個斜坡的斜率不會改變，因為它們僅依賴于VDC，VOUT和L，并且這些值沒有被改變。由于VO等于常數(shù)（控制回路處理這個）所以RO增加，電流會減小。

圖5：不同負(fù)載下的電感電流

連續(xù)模式

連續(xù)模式的命名是源自于電感中的電流永不停止流動（變?yōu)榱悖?/p>

如圖5所示，如果負(fù)載繼續(xù)增加（減小IO,av），則在某個時間電感器電流圖將接觸x軸（線C）。這意味著電感器中的初始和最終電流（在開關(guān)周期的開始和結(jié)束時）為零。此時，電感電流被認(rèn)為是進(jìn)入了臨界模式。

如果負(fù)載進(jìn)一步增加，則下降斜坡期間的電流將在周期T（線D）結(jié)束之前達(dá)到零，這被稱為不連續(xù)模式。

一個關(guān)鍵點是TOFF周期結(jié)束時的電感電流必須等于TON周期開始時的電感電流，這意味著一個周期內(nèi)電流的凈變化必須為零。當(dāng)所有瞬態(tài)完成且電路行為不再變化時，這必須在穩(wěn)態(tài)下成立。

使用從等式1和等式3導(dǎo)出的IL（TON）的值產(chǎn)生等式6中所示的關(guān)系。

公式6：

忽略VD,on和VQ,on，可以求解VOUT的公式6，如公式7所示。

公式7：

當(dāng)輸入電壓處于最小值時，實現(xiàn)最大占空比，如公式8所示。

公式8：

D明顯在'0'和'1'之間。

非連續(xù)模式

在非連續(xù)模式下，電感電流在周期T結(jié)束前變?yōu)榱恪Q定連續(xù)和非連續(xù)模式之間邊緣的電感（輸出）平均電流（IO，av，min）可以很容易地確定，如圖6所示。

圖6：非連續(xù)模式邊緣的電感電流

根據(jù)圖6，電感電流限制等于公式9。

公式9：

從這一點開始，降壓轉(zhuǎn)換器的行為會發(fā)生根本性的變化。如果負(fù)載繼續(xù)增加，系統(tǒng)必須降低電流的唯一可能性是減少占空比（圖5）。但是，這意味著輸入和輸出之間不再存在如公式9所示的線性關(guān)系。

VDC，VOUT和D之間的關(guān)系可以通過一些額外的推導(dǎo)獲得，如公式10所示。

公式10：

圖7說明了這種關(guān)系。

圖7：連續(xù)和非連續(xù)區(qū)域的占空比

如圖7所示，從連續(xù)區(qū)域開始沿著線（A）移動，在跨過虛線之前這段距離內(nèi)，D=0.5，保持相同的輸出電壓（VDC/VOUT）=2，從連續(xù)區(qū)域（虛線）之間的邊界越過后D根據(jù)等式10中的非線性關(guān)系而變化。