簡單的DC-DC BUCK變換器穩態分析

關鍵字 :BUCK
當前,在開關變換器中存在多種類型的PWM DC-DC變換TOP,其中BUCK變換器以其簡單的結構,操作的便捷性,廣泛應用於不同的領域的降壓應用。

         為熟悉與了解BUCK變換器TOP,對其進行穩態性分析是有必要的,如下將對BUCK變換器進行簡單的穩態分析。

         對於開關變換分析,當前一般採用分段線性分析法,小波近似分析法,伏-秒平衡條件,安-秒平衡條件以及其他標準電路分析技術對其進行穩態分析,如下圖為BUCK變換器功率部分,導通和關斷功率部分電路。基於小波分析近似法對於導通和關斷功率電路,變換器的輸出保持在恆定電壓V0.

        從圖中可以看出電感兩端電壓為:
                   導通電路:VL(t)=VS-VO           關斷電路:VL(t)=-VO

        通過對電感器採用伏-秒平衡條件,結合上式,可得:
                    (VS-VO)DT=VO(1-D)T       化簡====》           VO=DVS

        以上既快速得到BUCK變換器得電壓增益。

        BUCK變換器電流穩態分析參考以上,可列分段電感器電流方程如下:
                   導通周期為DT時,電感電流:iL(t)=VL(t)*t/L=(VS-VO)*t/L
                   關斷周期為(1-D)T時,電感電流:iL(t)=-VO*t/L

        從上式可以看出,電路導通器件電感電流增大,而關斷器件減小,其將會是一個周期性三角波。


        根據電荷平衡條件可知,通過電容得電流平均值為零,這就意味著電感電流得平均值與通過負載電阻的直流電流相同,因此,電感電流平均值為:
                   iL(t)直=IL=VO/R

        也可以從分段電流計算式中推斷出流過電感的最大最小電流之間的差值:
                  ΔiL=vL* Δt/L=(VS-VO)DT/L=VO*(1-D)T/L

        電感電流的最大最小值分別為:
                   iLmax=IL+ΔiL/2               iLmin=IL-ΔiL/2

         基於分段分析關聯,可對開關器件電流iQ以及續流二極體電流iD進行平均電流計算,如下:
                   i(Q)直=IQ=DIL              i(D)直=ID=(1-D)IL

         通過以上可知,通過分解運行狀態關聯抗性器件特性,可簡化穩態分析。
                   

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