谐振变换器到底是什么及理想和非理想buck变换器的模型介绍

　　变换器是常用器件，电子相关专业的朋友对变换器通常较为了解。为进一步增进大家对变换器的认识，本文将基于两点介绍变换器：1.何为谐振变换器，2.理想/非理想buck变换器模型介绍。如果你对变换器抑或本文内容具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

　　一、谐振变换器

　　谐振变换器由开关网络Ns、谐振槽路NT、整流电路NR、低通滤波器NF等部分组成，其结构框图由图1所示。在图1中，Vg为直流电压源，提供输入功率。开关网络Ns将直流能量变换为交流能量，其输出电压vs（t）为一个方波功率信号。vs（t）含有基波和高次谐波，其频谱特性如图2-a所示。vs（t））是谐振槽路NT的输入信号。谐振网络NT是具有带通特性的线性网络。其传输比 定义为输出信号和输入信号之比。电压传输特性 描述了NT的频率响应，其频谱特性如图2-b所示。由图2-c可知，如果NT是一个高Q值的谐振网络且 比较接近于 ，则NT的输出信号中只含有vs（t）中的基波，高次谐波分量可以忽略不计。因此整流网络NR的输入信号为一个正弦量。假定整流网络为全波整流器，则整流器的输出为全波整流波形，全波整流波形展开后，含有直流分量和高次谐波分量，其频谱如图2-d所示。从频谱分析观点看，NR的作用相当于“频谱搬移”。假定低通滤波网络NF的转折频率远小于开关频率，其频谱如图2-e所示。

　　

　　图1 谐振变换器框图

　　下面简要介绍谐振变换器的调节原理，当开关频率 等于谐振网络的谐振频率时，直流输出电压达到最大值;当开关频率偏离 ，直流输出电量降低， 偏离 越远，直流输出电压越低。因此，谐振变换器是通过改变 与 的偏离程度达到调节输出电压的目的。

　　

　　图 2 谐振变换器的频谱

　　依据谐振槽路的类型分类，谐振变换器主要包括三种基本的类型：串联谐振变换器（SRC）、并联谐振变换器（PRC）和串并联谐振变换器（SPRC）。

　　二、理想/非理想buck变换器模型

　　Buck变换器考虑其非理想寄生参数的等效电路如图3所示，其中有源开关功率MOSFET等效为开关S和导通电阻RS的串联，二极管D等效为开关D、正向压降VD和导通电阻RD的串联，RL、RC分别为滤波电感L、滤波电容C的等效串联电阻。假设开关元件S的开关周期为TS，导通时间为Ton，则占空比D=Ton/TS。

　　

　　图3 考虑寄生参数的非理想Buck变换器等效电路

　　对于CCM模式下考虑电感电流纹波影响的非理想Buck变换器，流过电感以及两个开关管上的电流波形如图4所示。

　　

　　图4 CCM模式下Buck变换器各电流波形

　　设电感电流iL（t）在一个开关周期内的最大值为Imax，最小值为Imin，则电感电流iL（t）可以表示为：

　　

　　用相同的方法便可以得到有源功率开关管S的导通电阻RS和续流二极管D支路中寄生电阻RD折算到电感支路中的等效平均电阻

　　

　　将续流二极管D支路中寄生电压VD折算到电感支路中的等效平均电压为：

　　VE=（1-D）VD （9）

　　电感L本身的等效串联电阻为RL，最后将电感支路上三个串联等效寄生电阻合并，得到电感支路上总的等效平均电阻为：

　　

　　至此，已经根据能量守恒原理，求出两个开关元件寄生参数的等效平均值，并将他们折算到电感支路中，此时的Buck变换器等效电路模型如下图所示。

　　

　　图5 等效变换后的CCM模式下非理想Buck变换器等效电路模型