DC-DC转换器原理

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1、2021/6/16 1 1 DC-DC 转换器原理 2021/6/16 2 2 Outline BUCK BOOST BUCK-BOOST FLYBACK 3 3 BUCK CONVERTER 2021/6/16 4 4 Continuous Mode:Mode1: (0tton) Q ON，D OFFdtdiLtVL )(Mode2: (tontT) Q OFF，D ONLtVIt ILV offaoffa L tVVIt ILVV onasonas )( DVVTDtDTt saoffon )1(, 5 5BUCK CONVERTER 切换波形 6 6 Ripple current in

2、the inductor4 2/ IIC ssonas VfL DDL tVVI )1()( sssT VfLC DDCfIICV 220 8 )1(841 假设 ：(Ideal capacitor)l稳态时，输出电流为一定值l电容无功率损耗Ripple voltage in the capacitor充或放电电流的平均值： 2021/6/16 7 7 esrR sCf8 1实际上需考虑电容ESR的影响所造成的涟波esrssesr RVfL DDRIV )1(需比较 与何者效应为大，来做输出电容的设计 8 8 当 储 存 在 电 感 中 的 能 量 完 全 耗 尽 时 (电 感 电 流 降为

3、0 )， 下 一 周 期 同 时 开 始 ， 称 为 Continuous 与Discontinuous 的 临 界 点 。 cs asLC Lf DVVII 2 )(2 saLC RDVVI 2 Discontinuous Mode:设Pin=Po sc f DRL 2 )1( 9 9 0)( 2 tiL RVftI osLP 22由Volt-Sec requirement Mode1: (0tton) Q ON，D OFF 同ContinuousdtdiLtVL )(Mode2a: (tont ) Q OFF，D ON)()( 2 onaonas ttVtVV L tVVItILVV on

4、asLPonLPas )( aL II 由 10 10 0)1()1( 2222 LDLDVVLDLDVV csacsa )/(811 2/)1)(/(411 2 22 RDLfDDLLVV scSa 利用前面三个式子，将t2及ILP代换掉 2021/6/16 11 11 将L/Lc的比值当作变数，画出D对Va/Vs的关系曲线 12 12 BOOST CONVERTER 2021/6/16 13 13 Continuous Mode:Mode1: (0tton) Q ON，D OFFdtdiLtVL )(Mode2: (tontT) Q OFF，D ON L tVVIt ILVV offsao

5、ffsa )( LtVIt ILV onsons DVVTDtDTt saoffon 1 1)1(, 2021/6/16 14 14BOOST CONVERTER 切换波形 15 15 Ripple current in the inductor aCt II on ssons fLDVLtVI saonat a fCDICtIdtICV on 01假设 ：(Ideal capacitor)l稳态时，输出电流为一定值l电容无功率损耗Ripple voltage in the capacitorton 时的放电电流： 2021/6/16 16 16 esrRI2 saCfDI实际上需考虑电容ES

6、R的影响所造成的涟波esresrc RIRIV 2需比较 与何者效应为大，来做输出电容的设计 17 17 当 储 存 在 电 感 中 的 能 量 完 全 耗 尽 时 (电 感 电 流 降为 0 )， 下 一 周 期 同 时 开 始 ， 称 为 Continuous 与Discontinuous 的 临 界 点 。 cssLC Lf DVII 22 saLC RVVI 2 Discontinuous Mode:设Pin=Po sc f DRDL 2 )1( 2 18 18 0)( 2 tiL由Volt-Sec requirementMode2a: (tont ) Q OFF，D ONMode1:

7、 (0tton) Q ON，D OFFdtdiLtVL )( )( 2 onsaons ttVVtV LtVItILV onsLPonLPs T ttIRVI onLPa a 2 )( 2 由输出平均电流 2021/6/16 19 19 02 222 ssasa VLfRDVVV 2 /2112 )1/()/(411 22 scSa LfRDDDLLVV 利用前面三个式子，将t2及ILP代换掉 2021/6/16 20 20 将L/Lc的比值当作变数，画出D对Va/Vs的关系曲线 21 21 BUCK & BOOST Summary 电 感 涟 波 电 流 与 电 感 值 及 切 换 频 率

8、成 反 比 电 感 涟 波 电 流 BUCK 较 BOOST小 (1 -D)倍 BUCK 在 D 0 .5 时 ， 涟 波 电 流 最 大 。 BOOST则 与 D成正 比 LfVK s s 2021/6/16 22 22 BUCK & BOOST Summary BUCK中 之 电 感 与 电 容 形 成 低 通 滤 波 器 ， 故电 容 涟 波 电 压 与 电 感 ， 电 容 值 及 切 换 频 率成 反 比 BOOST 中 之 电 感 为 储 能 用 ， 电 容 涟 波 电 压只 与 电 容 值 及 切 换 频 率 成 反 比 。 BUCK 输 入 电 流 非 连 续 ， 一 般 需 加

9、 输 入 滤 波器 降 低 EMI效 应 BOOST initial inrush current 较 大 实 际 上 升 降 压 的 极 限 大 约 为 4 (1 /4 )倍 23 23 BUCK-BOOST CONVERTER 2021/6/16 24 24 Continuous Mode:Mode1: (0tton) Q ON，D OFFdtdiLtVL )(Mode2: (tontT) Q OFF，D ON LtVIt ILV offaoffa LtVIt ILV onsons DDVVTDtDTt saoffon 1)1(, 2021/6/16 25 25BUCK-BOOST CON

10、VERTER 切换波形 26 26 Ripple current in the inductor aCt II on ssons fLDVLtVI saonat a fCDICtIdtICV on 01假设 ：(Ideal capacitor)l稳态时，输出电流为一定值l电容无功率损耗Ripple voltage in the capacitorton 时的放电电流： 2021/6/16 27 27 esrRI2 saCfDI实际上需考虑电容ESR的影响所造成的涟波esresrc RIRIV 2需比较 与何者效应为大，来做输出电容的设计 28 28 当 储 存 在 电 感 中 的 能 量 完

11、全 耗 尽 时 (电 感 电 流 降为 0 )， 下 一 周 期 同 时 开 始 ， 称 为 Continuous 与Discontinuous 的 临 界 点 。 cssLC Lf DVII 22 saLC RDVVI 2 Discontinuous Mode:设Pin=Po sc fDRL 2 )1( 2 2021/6/16 29 29 0)( 2 tiLMode2a: (tont ) Q OFF，D ONMode1: (0tton) Q ON，D OFF 同ContinuousdtdiLtVL )( )( 2 onaons ttVtV LtVItILV onsLPonLPs T ttIR

12、VI onLPa a 2 )( 2 由Volt-Sec requirement由输出平均电流 2021/6/16 30 30 LLDDLfRDVV csSa 12 2利用前面三个式子，将t2及ILP代换掉将L/Lc的比值当作变数，画出D对Va/Vs的关系曲线 2021/6/16 31 31 Three Type compare Three Type 电压转换比比较 2021/6/16 32 32 FLYBACK CONVERTER(1) (2) (3)(4)Two Winding Isolation BUCK-BOOST 2021/6/16 33 33 Continuous Mode:Mode

13、1: (0tton) Q ON，D OFFdtdiLtV PPLP )(Mode2: (tontT) Q OFF，D ON SoffoSoffSSo LtVItILV SonIPonPPI LtVItILV PSIooffon NNDDVVTDtDTt 1)1(, 2021/6/16 34 34FLYBACK CONVERTER 切换波形 35 35 Ripple current in the inductorsS oSoffoS fL VDLtVI )1( S PSP INNI 36 36 当 储 存 在 电 感 中 的 能 量 完 全 耗 尽 时 (电 感 电 流 降为 0 )， 下 一

14、周 期 同 时 开 始 ， 称 为 Continuous 与Discontinuous 的 临 界 点 。 SCsoSSC Lf DVII 2 )1(2 )1( 2 DII oS Discontinuous Mode:设Io=ID SSoc fI DVL )1( 37 37 0)( 2 tiLMode2a: (tont CCM 晶 体 管 上 的 峰 值 电 流 DCM CCM 电 感 值 的 选 用 DCM CCM 变 压 器 ripple current 额 定 的 选 用 DCM CCM DCM动 态 响 应 较 佳 DCM适 用 于 低 功 率 或 负 载 变 动 范 围 大 的 场 合 DCM操 作 时 ， D受 负 载 变 动 影 响 2021/6/16 40 40 The EndThank You 若有不当之处，请指正，谢谢！