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设计降压变换器:优化方案

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:为使变换器工作在任何一种期望模式下,其组成结构需要特殊设计。图1-5 CCM下降压变换器的工作波形图1-6 DCM下降压变换器的工作波形这里阐述降压变换器的完整工作过程,由于不可能面面俱到,对于其余拓扑将直接给出最终的设计值。降压变换器通常工作于峰值电流很低且平滑电容很小的CCM。在CCM下,降压变换器的控制比较简单。降压变换器中的传统比例积分控制器如图1-7所示。

设计降压变换器:优化方案

为使变换器工作在任何一种期望模式下,其组成结构需要特殊设计。如前所述,电感电流决定了工作模式,因此必须通过电感的设计,以使变换器工作在所期望的CCM或DCM下(见图1-5和图1-6)。为使输出电压中包含特定纹波,电容也需要设计[4]。要获得这些电感值和电容值,在开关周期的每一个子区间,都需要计算变换器的稳态方程。

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图1-5 CCM下降压变换器的工作波形

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图1-6 DCM下降压变换器的工作波形

这里阐述降压变换器的完整工作过程,由于不可能面面俱到,对于其余拓扑将直接给出最终的设计值。

例如,从开关闭合到断开的第一子区间可表示为

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对于第二子区间,则有

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根据式(1-12)和式(1-6)中的IL相等可得

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式中 978-7-111-32195-8-Chapter01-10.jpg

因此,降压变换器是一种输出电压总是低于输入电压的变换器。若变换器工作在CCCM/CDCM下,其最小电感电流IL,min为0,因此IL

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由此可得

978-7-111-32195-8-Chapter01-12.jpg(www.xing528.com)

设最小电感电流为零,则可得

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由此可得维持降压变换器工作在CCM下的电感最小值,如果需要降压变换器工作在DCM下,则在给定负载、输入/输出电压和开关频率的条件下,电感值需小于该值。

现在再来考虑电容。根据变换器的工作过程,在开关闭合期间,电容充电,而在开关断开期间,电容放电。它可用数学形式表示为

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对式(1-21)进行积分可得

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如果将式(1-15)中的IL代入式(1-23)可得[1]

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这是对于纹波电压Vo/Vo[2]时②的电容值。

开关选择应能满足电感电流最大值及输入电压,可选择二极管用于负载电流和输入电压。

通过调节开关周期的占空比可对输出电压进行稳压。LC电路可对电感电流进行有效滤波,因此降压变换器及其派生变换器都具有输出纹波很小的特性。降压变换器通常工作于峰值电流很低且平滑电容很小的CCM。在CCM下,降压变换器的控制比较简单。降压变换器中的传统比例积分(PI)控制器如图1-7所示。

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图1-7 降压变换器的传统PI控制器

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