普及電源知識-最簡單的方式告訴你DCDC基本原理和名詞解釋(一)

DCDC的基本電路原理

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Boost利用L和Co的儲能作用,通過開關管的開啟和關斷兩個狀態,在一個週期內上圖完成兩個工作狀態:

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(a) 代表功率管M開啟,此時Vin對電感充電,電感電流開始以一定的斜率上升,斜率Sn=Vin/L.

(b) 代表功率管M關斷,此時輸出電容Co需要能量補給,即電感能量的傳輸。二極管導通,電感電流通過二極管傳輸給負載,同時補充Co損失的電荷,為下個週期準備。

先大概瞭解了Boost的過程,再逐步考慮系統穩定的條件。穩態下,每個週期輸入端的能量剛好給輸出端。電感的電流在每個週期開始(Ton)和結束(Toff)時,大小剛好相同,輸出電壓在每個週期開始和結束時剛好相同。電感電流和輸出電壓的過程圖如下圖。D代表佔空比,一個週期為Tsw。

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在Ton階段,輸入端與輸出端斷開,電感兩端的電壓就是Vin,所以電感電流的上升斜率為Vin/L,在Ton這段時間內,電感電流上升為公式(1)

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(公式1)


在Toff階段,電感兩端的電壓是Vin-Vo,電感電流下降斜率為(Vin-Vo)/L,電感電流的下降大小為(公式2)

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(公式2)


兩個階段要想平衡穩定,要求電感電流的上升大小和下降大小相等,也就是公式1和公式2相等。

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(公式3)


於是推導出Boost的大信號關係為如下公式4


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(公式4)


至此以上就闡述了Boost升壓的基本原理,以上是基於大信號模型,也就是CCM模式(連續電流模式),電感電流整個過程中連續。

但是在某些條件下,例如負載很輕,電感電流可能為零。這時候進入到我們常說的DCM模式(不連續電流模式)。電感電流為0後,二極管截止,跟前面CCM模式相比電路有了第三種狀態,負載很輕,即只有輸出端給負載提供電流,輸入一端電感電流為0的狀態。


此時的輸出電壓推導稍有複雜,直接給到公式5如下:

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(公式5)


此時輸出取決於佔空比D之外,還有頻率,電感和負載的因素。

Boost升壓的基本原理和CCM,DCM的基本概念就介紹到這裡,

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