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Buck变换器和Boost变换器原理分析

发布日期:2022-12-08 点击次数:1465
    在开关稳压电源中,直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态。目前开关电源的工作频率在几百kHz,有些甚至已经到了MHz量级。如下图所示是DC-DC开关变换器的原理框图:
DC-DC开关变换器的原理框图
    开关电源的实现方式有很多种,如最传统的脉宽调制(PWM)技术,目前常用的为提高变换效率的零电压(ZV)、零电流(ZC)技术、相移脉宽调制零电压谐振变换等。每种技术之下,又有很多种拓扑结构,开关电源设计需要丰富的模拟电路知识,涉及到功率器件选取、电源滤波、驱动电路、控制环路、高频磁芯变压器、EMC等多个方面。
脉宽调制
    是开关电源设计中最成熟的技术。脉宽调制是一种功率控制方式,不同占空比的脉冲具有不同的直流分量,所以负载变化时,根据调整输出脉冲的占空比达到稳定输出电压的目的。脉宽调制易于实现,因为驱动脉冲具有固定的频率,与负载特性无关,因此应用最为广泛。
    buck电路和boost电路同属脉宽调制型开关电路,是组成DC/DC变换器的两个基本电路。buck电路开关管串联在主电路中,为降压式DC/DC变换器。boost电路的开关管并联在主电路中,为升压式DC/DC变换器。
Buck变换器
    Buck变换器由电压源、串联开关和电流负载组成,也称它为串联开关变换器。如下图所示是它的基本拓扑形式: 
Buck变换器
    下图所示是晶体管开关变换器(buck)电路,其中晶体管Q为开关器件,L为滤波电感,C为滤波电容,D为续流二极管。
    晶体管开关变换器(buck)电路ton为晶体管的导通时间,在此时间段,L内的电流逐渐增加,当导通结束后,进入晶体管截止时间段toff,这时候由于L内的电流到达最大值ILmax,电感中的电流不能突变,所以,L中继续有电流流过,二极管D作为晶体管截止期间的续流元件。当截止时间结束后,电感中的电流到达最小值ILmin,重新开始新的周期。
Boost变换器
   Boost变换器是从buck变换器进行对偶变换后得到的,其原理如下图所示:
Boost变换器
    Boost变换器称为并联开关变换器。与buck变换器不同的是,boost型电感在输入端(开关),buck型电感在输出端。
    Boost型变换器的输出电压Vo总是大于输入电压Vi。当开关管导通时,二极管D关闭,电感L与开关管的节点电压为0。当开关管关闭时,电感L两端的电势翻转,所以电感L与开关管的节点电压大于输入电压Vi,电感电流通过二极管D续流,使得Vo大于Vi。由Vo=Vi*[T/(T-Ton)]可以证明,T是开关脉冲周期,Ton是导通时间。




















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