引言
降压型变换器在电子设备中有着广泛的应用,是现代电力电子系统的核心部分,它的运行状态直接影响整个电力电子系统的工作性能。采用线性稳压器通过降压必然会出现电源功率转换效率过低的问题,降压变换器(BuCk)又称串联开关稳压器或开关型降压稳压器,既能提供所需的低压电源、恒定的电流,又能有较高的转换效率。
1、Buck变换器概述
Buck变换器也称降压型变换器。如图1所示Buck变换器的模型电路,开关管VT受PWM控制。VT导通时(设导通压降为零),加在电感L上的电压为(Vi−V0),由于电感上的电压恒定,所以电感的电流线性上升,其斜率为dIL/dt=(VI−V)/L,这使电感的电流IL为有阶梯的斜坡,见图2(a)IL线性上升区段。此时,电感电压左正右负,二极管VD因承受反压而截止,电源给电容C0充电及给负载供电。
VT关断开时,由于电感电流不能突变,电压反转左负右正,VD导通,将电感L左端的电压箝位于比地低一个二极管导通压降(约1V)。此时,先前流过VT的电流现在转移到流向VD,见图2(a)线性下降区段,其斜率为dIL/dt=(Vo+1)/L,电感电流线性下降,电容C0放电及给负载供电。
如图2所示Buck变换器的工作波形。图2(a)中,当开关管VT和二极管VD分别关断时,VT的Vce、VD承受的反向电压Vrd均为Vi。ton期间,电感L由电压(Vi−V0)励磁、储存能量,磁通量增加;toff期间,输出电压V0与开关导通时方向相反加到电感L上消磁、释放能量,磁通量减少。根据“伏•秒相等原则”,则有如下等式成立。
(VI-VO)&TImes;ton=VO&TImes;tOFF
考虑到toff=T-ton,上式可以转化为
V0=ton*Vi/T=D*Vi(1)
(a)CCM工作模式(b)DCM工作模式图
2、Buck变换器的电压波形
由于整个周期中电感电流IL始终没有降到零,这种工作模式称为CCM模式。在此状态下,如果把电感的电感量减小或负载减轻,减到一定条件下会出现图2(b)所示电感电流降到零的DCM模式。