开关电源中的BUCK-BOOST功率级的详细资料介绍

2019-03-15 09:42:58 2评

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  开关电源由功率级和控制电路组成,功率级完成从输入电压到输出电压的基本能量转换,它包括开关和输出滤波器。这篇报告只介绍降压–升压(buck-boost)功率级,不包含控制电路。详细介绍了工作在连续模式和非连续模式下buck-boost功率级的稳态和小信号分析,同时也介绍了标准buck-boost 功率级的不同变型,并讨论了功率级对组成部件的要求。

  开关电源最常见的三种结构布局是降压(buck)、升压(boost)和降压–升压(buck-boost),这三种布局都不是相互隔离的,也就是说,输入级电压和输出电压是共地的,但是也存在这种隔离拓扑的变型 。电源布局主要是指这些开关、输出电感和输出电容怎么连接的。每种布局都有它独自的特性,这些性能主要包括稳态电压转换比、输入输出电流的状态、输出电压的纹波特征,另一个主要特性就是占空比–输出电压的传输函数的频率响应。

  Buck-boost是一种流行的非隔离、逆功率级的拓扑,有时也称为升降功率级。电源设计者选用buckboost功率级是因为输出电压和输入电压是反向的,这种拓扑结构可以得到在幅度上,比输入电压更高的输出电压(像升压(boost)功率级),或者更低的输出电压(像降压(buck)功率级),这就是它名字的由来,但是输出电压在极性上跟输入电压是相反的。由于功率开关(Q1)的作用,buckboost的输入电流是非连续的或脉冲的,在每个开关周期内,脉冲电流从0变化到IL,输出电流也是非连续或脉冲的,这是因为输出二极管只能在开关周期内的一部分时间内导通,输出电容提供开关周期内其它时间的所有负载电流。这篇报告描述了在给定的理想波形下,连续模式和非连续模式中 buck-boost转换器的稳态工作过程。

  在介绍了脉冲宽度调制(PWM)开关模型后,给出了占空比–输出电压的传输函数。图1显示了包括驱动电路模块在内的buck-boost功率级的简单原理图,功率开关Q1是以一个n通道的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET),输出二极管是CR1。电感L和电容C组成了有效的输出滤波器。在分析过程中,考虑了电容ESR(等效串联电阻),RC,和电感DC的阻抗,RL。电阻R,代表了在功率输出端的负载。

  在buck-boost功率级的正常工作中,Q1在控制电路的开关时间内,重复的打开、关上。在Q1、CR1 和L的连结节点处,开关动作产生了一个脉冲序列。电感L跟输出电容C相连,只有在CR1导通时,一个有效的L/C输出滤波器才形成,过滤脉冲序列,产生直流输出电压。

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