开关电源电路.docx

BUCK电路 L1R3负载号信动驱接 L1 R3 负载 号信动驱接 下面分析开关管导通与截至的情况与输出电压的关系，以及电感电流连续状 态下器件的选择。设V为输入电压，匕为输出电压，匕为负载电流，电感量为L， 开关频率f为48KHz，开关周期为T，导通时间为t = DT，断开时间为t = DT， s s 1 1 s 2 2 s 开关管导通时间为toN。广DT ，开关管截止时间 T t =t = T -1 = DT ; D = z 1，称D为导通时间占空比，D为截止时间占 OFF 2 s 1 2 s 1 T 1 2 s 空比，很明显D] + D=1O 在输入输出不变的前提下，当开关管导通时，电感电流平均值II = I/ 命， 电感电流线性上升增量为 V — V ,、， 、 吨L =_ s L O D?s 式（4.1） 当开关管截止时，电感电流ml增量为 式（4.2）式（4.3）M =-VDT 式（4.2） 式（4.3） L L 2 S 由于稳态时这两个电流变化量相等，即l=Wl，所以 VoDT 上* L 2 s L 又因为D1 + D=1整理得 式（4.4） 这表明，输出电压V随占空比D而变化，由于D 1,故V V ,匕是电压增 o 1 1 这表明，输出电压V随占空比D而变化，由于D 1,故V V ,匕是电压增 o 1 1 o s V S 益，表示为M，所以BUCK电路的增益 M=Vo = D1 式（4.5） S 电压增益M由开关管导通时间占空比D决定，即BUCK变换器有很好的控制特1 性。 电感的选择 当电感L大于临界电感匕时，电路工作于电感电流连续状态，临界电感匕 为 _VT -~2°^ o 式（4.6） 电容的参数计算 流经电容的电流ic对电容充电产生的电压△匕称为纹波电压 AV = VDTo 8 LC 式（4.11） 其中D2 = 1 -只 在指定纹波电压限值下，需要电容值C移项得 r_VDT 2 C= ―o——2~s— 8LAV o 二极管的参数计算及器件选择 式（4.12） 有AI = VoD2Ts可计算得AI L L L I = I TP o 然后计算出峰值电流I TP +1* AI = I +1Q 2 l o 2 L 反激变换器的缓冲器设计 在反激变换器中，引起开关应力高（可导致开关损坏）的原因有两个：一是 开关关断时，漏电感引起开关管集电极电压突然升高；二是负载线不够合理。两 个原因均是由于负载是电感性引起的，前者影响较大，后者次之。 抑制开关应力有两个办法。一是减小漏电感；二是耗散过电压的能量，或者 使能量反馈回电源中。减小漏电感主要靠工艺；耗散过电压的能量依靠与电感线 圈并联的RC缓冲器，或与开关关联的RC缓冲器；能量反馈回电源中依靠附加 的线圈和定向二极管。 在反激变换器中，储存在变压器原边电感匕的主要能量在反激时期中将传 输到副边。副边回路寄生电感、电容C1的寄生电感，还有输出线路漏感折算到 原边电感用、表示，它与七串联接在晶体开关管T集电极上，如图4.8所示。 （L +匕「）上的能量在［关断时产生过电压，重新按集射极间。因此过电压是 构成损坏管子的开关应力，必须加缓冲网络予以限制。图中为在原边电感旁加电 路 R1、C2、气。 TOC \o 1-5 \h \z T导通时，V电压加在（L + L ）上，由于D反偏阻止C的充电，所以 r S p LT 2 2 V 0。当T关断时，由于反激作用，T集电极电压V快速上升，但由于D此 C 2 r r C 2 时有正偏压而导通，使T电流被R、C分流，V电压逐渐上升，即V电压也 r 1 2 C 2 C 是逐渐上升，而且钳位在2V数值上。从而把VC上升的尖峰电压的顶部削去。 在周期的剩下时间里，随着R1放电电流减小，C2的电压将会返回到原来值。 多余的反激电能消耗在R1上。此钳位电压是自跟踪的，在稳态工作时，因为C2的 电压会自动的调整，直到所有多余的反激电能消耗在R1上。如果在所有其他情 况下，都要维持某一恒定钳位电压，则可通过减小￡值或漏电感L^的值，来抑 制钳位电压的升高趋势。 保护环节一一RC缓冲器 晶体管关断过程是开关管最易损坏的时间。在使用时保护晶体管需加上RC 缓冲器，场效应管理论上与晶体管做相似处理与计算。基极驱动方法分析中提到， 基极反向电流要大，以便使存储时间减少。遗憾的是基极反向电流过大情况会使 基-射结击穿，晶体管损坏。有两个方法可防止这种情况的发生：一是在集电极- 发射极电压匕归处于低值时，关断晶体管；二是管子关断时，集电极电压上升的同 时，较快地减少集电极电流。如图4.9所示，使用RC缓冲器接在晶体管C、E 两端，在关断晶体管时以减少集电极电流。其工作原理是：当晶体管尸关断时， r1 电容C通过二极管D］被充电到（匕-巳）。这