降压转换器拓扑结构简析2

降压转换器2

今天继续分享介绍降压转换器的一些知识。先来首歌静下心哈哈。

图1显示了降压转换器的基本拓扑结构。Q1开关以固定频率和可变占空比信号运行。

图1：降压转换器拓扑

Q1导通（TON）

在这种配置中，电路重新绘制，如图2所示。二极管反向偏置，使其成为开路。

图2：降压转换器拓扑：TON

根据图2，电感上的电压如公式1所示。

公式1：

Q1断开（TOFF）

如图3所示，当开关Q1打开时，电感器将尝试保持电流像以前一样流动。

图3：降压转换器拓扑：TOFF

结果，D1，LO，Q1交叉点处（即通常所说的“SW”点）的电压将突然变为负，以支持在相同方向上的连续电流。公式2显示了此时的电感电压，而公式3显示了电流。

公式2：

公式3：

输入/输出关系和占空比

到目前为止所描述的被称为连续模式。要了解它的含义及其重要性，请参考图4（G），它代表电感电流。如前所述，电感电流在TON期间上升，在TOFF期间下降。

图4：降压转换器波形

可以使用公式4轻松计算平均电流。

公式4：

平均电感电流也就是流向输出的电流，因此输出平均电流等于公式5。

公式5：

当输出负载RO（与输出电容器CO并联连接）的值增加，这样会降低平均输出电流。如图5所示，电流从标称负载的A线移动到较大负载的B线。应该注意的是，在TON和TOFF期间，两个斜坡的斜率不会改变，因为它们仅依赖于VDC，VOUT和L，并且这些值没有被改变。由于VO等于常数（控制回路处理这个）所以RO增加，电流会减小。

图5：不同负载下的电感电流

连续模式

连续模式的命名是源自于电感中的电流永不停止流动（变为零）。

如图5所示，如果负载继续增加（减小IO,av），则在某个时间电感器电流图将接触x轴（线C）。这意味着电感器中的初始和最终电流（在开关周期的开始和结束时）为零。此时，电感电流被认为是进入了临界模式。

如果负载进一步增加，则下降斜坡期间的电流将在周期T（线D）结束之前达到零，这被称为不连续模式。

一个关键点是TOFF周期结束时的电感电流必须等于TON周期开始时的电感电流，这意味着一个周期内电流的净变化必须为零。当所有瞬态完成且电路行为不再变化时，这必须在稳态下成立。

使用从等式1和等式3导出的IL（TON）的值产生等式6中所示的关系。

公式6：

忽略VD,on和VQ,on，可以求解VOUT的公式6，如公式7所示。

公式7：

当输入电压处于最小值时，实现最大占空比，如公式8所示。

公式8：

D明显在'0'和'1'之间。

非连续模式

在非连续模式下，电感电流在周期T结束前变为零。决定连续和非连续模式之间边缘的电感（输出）平均电流（IO，av，min）可以很容易地确定，如图6所示。

图6：非连续模式边缘的电感电流

根据图6，电感电流限制等于公式9。

公式9：

从这一点开始，降压转换器的行为会发生根本性的变化。如果负载继续增加，系统必须降低电流的唯一可能性是减少占空比（图5）。但是，这意味着输入和输出之间不再存在如公式9所示的线性关系。

VDC，VOUT和D之间的关系可以通过一些额外的推导获得，如公式10所示。

公式10：

图7说明了这种关系。

图7：连续和非连续区域的占空比

如图7所示，从连续区域开始沿着线（A）移动，在跨过虚线之前这段距离内，D=0.5，保持相同的输出电压（VDC/VOUT）=2，从连续区域（虚线）之间的边界越过后D根据等式10中的非线性关系而变化。