什么是降压转换器?
降压转换器(Buck Converter)也称为降压稳压器或降压模块,是一种电力电子设备,用于将高电压转换为低电压。它的主要作用是将输入电压降低到所需的输出电压,以供给负载使用。降压转换器广泛应用于各种领域,如电子设备、通信设备、汽车电子、工业自动化等。
降压转换器的原理基于电感和开关管的工作原理。通过控制开关管的通断,使电感储存能量,然后通过电容器将能量输出,实现电压的降低。这种转换器也被称为降压开关转换器,因为它是一种电压输出低于电压输入的开关转换器。
降压转换器通常至少包含两个半导体元件(如二极管和晶体管)和一个储能元件(如电容器或电感器)。在输出端和输入端,还可能会加上以电容器为主的滤波器,以降低电压涟波。
降压转换器的工作原理
降压转换器是一种输出电压低于输入电压的开关转换器。也称为降压开关转换器。降压转换器只有四个主要部件。它们分别是开关管(下图中的Q1)、二极管(下图中的D1)、电感器(下图中的L1)和电容滤波器(下图中的C1)。输入电压 VIN 必须高于输出电压 VOUT 才能成为降压转换器。
降压转换器充当电压调节器,但利用 BJT、MOSFET 或 IGBT 等半导体部件的开关动作。 Q1将不断地开关,D1充当续流二极管,L1将充放电能量,而C1将存储能量。降压稳压器是一种低损耗稳压器,如果设计得当,效率可达 90% 以上。
降压转换器的电路原理
上图显示了一个非常基本的降压转换器电路。要了解降压转换器的工作原理,我将把电路分为两种情况。晶体管导通时的第一个条件,晶体管关闭时的下一个条件。
1、晶体管开启状态
在这种情况下,我们可以看到二极管处于开路状态,因为它处于反向偏置状态。在这种情况下,一些初始电流将开始流过负载,但电流受到电感器的限制,因此电感器也开始逐渐充电。(关注不迷路-电路一点通)因此,在电路导通期间,电容器会逐个周期地建立充电,并且该电压会反映在负载上。
2、晶体管关闭状态
当晶体管处于关闭状态时,存储在电感器 L1 中的能量会崩溃并通过二极管 D1 流回,如带箭头的电路所示。在这种情况下,电感两端的电压极性相反,因此二极管处于正向偏置状态。现在,由于电感器的磁场坍塌,电流继续流过负载,直到电感器电量耗尽。所有这些都发生在晶体管处于关闭状态时。
在电感几乎耗尽存储能量的一段时间后,负载电压再次开始下降,在这种情况下,电容器C1成为主要电流源,电容器在那里保持电流流动,直到下一个周期开始再次。
现在通过改变开关频率和开关时间,我们可以从降压转换器获得从 0 到 Vin 的任何输出。
降压转换器的工作模式
降压转换器可以在两种不同的模式下运行。连续模式或间断模式。
1、降压转换器的连续模式
在连续模式下,电感器永远不会完全放电,充电周期在电感器部分放电时开始。
在上图中,我们可以看到,当开关导通时,电感电流 (iI) 线性增加,然后当开关断开时,电感开始减小,但开关再次导通,同时电感部分放电。这是连续操作模式。
2、降压转换器不连续模式
不连续模式与连续模式略有不同。在断续模式下,电感器在开始新的充电周期之前完全放电。在开关打开之前,电感器将完全放电至零。
在间断模式下,如上图所示,当开关导通时,电感电流 (il) 线性增加,然后当开关断开时,电感开始减小,但开关仅在电感电流之后才导通。完全放电,电感电流完全为零。这是不连续操作模式。在此操作中,流过电感器的电流不连续。
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