DC/DC转换器：电路分析–预测电路输出简介

DC/DC转换器的行为由有助于构建电路的元件相互作用决定。电路分析是理解实现和转换器输出的一个关键方面，因为它涉及通过计算研究各种电量，如节点电压和环路电流。请继续阅读，详细了解 DC/DC 转换器电路的基础知识以及演示电路分析过程的关键示例。

DC/DC转换器电路的基础知识

DC/DC转换器是电力电子和工业应用中能源驱动研究的一个关键方面。为了满足多种应用的需求，重要的是要根据要求实现它们，并了解电路行为的细微差别[1]。电压和电流关系控制着平衡期间转换器电路的设计。影响这些值的因素有很多，包括电容器中的电压纹波、电感引起的电流纹波、平衡状态等。

一些基本DC-DC转换器的电路图如图1所示。如果我们仔细观察这些电路，它们大多由半导体开关，二极管，电感器，电容器和直流电源等基本电气元件组成。这些基本元件的排列和数量在这些电路中有所不同，因此它们产生不同的结果。电路分析的一般策略是创建和求解一个独立的方程组，以确定设计条件或求解基本变量。它也可以定义为确定电路中每个元件的电压和电流[2]。

图 1.

基本 DC-DC 转换器电路图。EETech的图像属性

电路分析示例

DC/DC转换器的工作模式可以根据流经电感器的电流分为两种不同的模式[3]。当电感电流始终大于零时，称为在连续导通模式（CCM）下工作。在由于低开关频率或高负载电阻导致平均电感电流较低的情况下，转换器被称为在不连续导通模式（DCM）下工作。

重要的是要知道CCM是转换器的首选工作模式，因为它具有提高效率，无源器件元件数量少以及有效使用半导体开关等优点。DCM中的转换器操作稍微复杂一些，需要动态控制。这需要确定电感器的最小值，以便保持CCM中的工作。

为了简化电路分析的复杂性，进行了一些近似值。这包括假设负载本质上是阻性的，输出电压的直流分量是无纹波的。此外，电感和电容在大多数情况下被认为是纯的，尽管它涉及小纹波近似值。

以降压-升压转换器为例。从图2可以看出，与输入相比，输出电压的极性是相反的。考虑到电容器在半导体开关导通之前是完全充电的，很明显，一旦开关导通，开关两端的电压等于电感两端的电压。此外，输出电压与电容器两端的电压相同。一旦开关关闭，电感和电容器两端的电压幅度相等，但极性相反。

 

图 2.

降压-升压转换器电路图，当 （a） 开关导通和 （b） 开关关闭时。EETech的图像属性

降压-升压转换器的关键电压和电流波形如图3所示。仔细观察这些情况，开关导通时电感电流的上升可以通过电流最大值和最小值的差异来确定。同样，当开关不导通时，电感电流的下降由最小和最大电感电流值的差异决定。这产生了输入和输出电压之间的关系：：

VO=D/（1−D）。VSVO=D/（1−D）。VS

其中 D 是占空比。

图 3.

输入电流、二极管电流、电感电流和降压-升压转换器电感两端电压的波形。EETech的图像属性

此外，基于最小电感电流的等式以及该值必须为零才能维持CCM操作的事实，可以估计最小电感值。需要注意的是，当占空比小于0.5时，降压-升压转换器充当降压转换器，当占空比大于0.5时，它作为升压转换器工作。在占空比正好为0.5的情况下，输出电压值与输入电压值相同。

关键要点

电路分析是理解实现和转换器输出的一个关键方面，因为它涉及通过计算研究各种电量，如节点电压和环路电流。

电路分析的一般策略是创建和求解一个独立的方程组，以确定设计条件或求解基本变量。

CCM是转换器的首选工作模式，因为它具有提高效率、无源器件元件数量少以及有效使用半导体开关等优点。


审核编辑：刘清