最简单的方式告诉你DCDC基本原理和名词解释(一)

描述

DCDC的基本电路原理

电路图

Boost利用L和Co的储能作用,通过开关管的开启和关断两个状态,在一个周期内上图完成两个工作状态:

电路图

(a)    代表功率管M开启,此时Vin对电感充电,电感电流开始以一定的斜率上升,斜率Sn=Vin/L.

(b)   代表功率管M关断,此时输出电容Co需要能量补给,即电感能量的传输。二极管导通,电感电流通过二极管传输给负载,同时补充Co损失的电荷,为下个周期准备。

先大概了解了Boost的过程,再逐步考虑系统稳定的条件。稳态下,每个周期输入端的能量刚好给输出端。电感的电流在每个周期开始(Ton)和结束(Toff)时,大小刚好相同,输出电压在每个周期开始和结束时刚好相同。电感电流和输出电压的过程图如下图。D代表占空比,一个周期为Tsw。

电路图

在Ton阶段,输入端与输出端断开,电感两端的电压就是Vin,所以电感电流的上升斜率为Vin/L,在Ton这段时间内,电感电流上升为公式(1)

电路图 (公式1)

在Toff阶段,电感两端的电压是Vin-Vo,电感电流下降斜率为(Vin-Vo)/L,电感电流的下降大小为(公式2)

电路图  (公式2)

两个阶段要想平衡稳定,要求电感电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。

电路图  (公式3)

于是推导出Boost的大信号关系为如下公式4

电路图  (公式4)

至此以上就阐述了Boost升压的基本原理,以上是基于大信号模型,也就是CCM模式(连续电流模式),电感电流整个过程中连续。

但是在某些条件下,例如负载很轻,电感电流可能为零。这时候进入到我们常说的DCM模式(不连续电流模式)。电感电流为0后,二极管截止,跟前面CCM模式相比电路有了第三种状态,负载很轻,即只有输出端给负载提供电流,输入一端电感电流为0的状态。

电路图

此时的输出电压推导稍有复杂,直接给到公式5如下:

电路图  (公式5)

此时输出取决于占空比D之外,还有频率,电感和负载的因素。

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