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開關(guān)電源,buck電路的電感電流波形介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2022-12-26 16:21:14
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開關(guān)電源,buck電路的電感電流波形介紹
1.沒有電容,a點(diǎn)的波形圖
buck電路 電感電流 波形
上圖中,把所有器件都想象為理想狀態(tài)下,開關(guān)S1閉合和斷開的過程,流過L1的電流的波形是怎樣的?
(1)開關(guān)閉合時(shí),電流開始升高:根據(jù)電感公式,得:電流變化率 = Vin / L = 15 / L。
(2)電路穩(wěn)定時(shí),也就是電流變化率為0,L1兩端的電壓為0.
(3)開關(guān)斷開時(shí),D1把電感兩端的電壓鉗位在0.7V,因?yàn)閎點(diǎn)為地,是0V,所以a點(diǎn)就是-0.7V;根據(jù)電感公式,得:電流變化率 = -0.7 / L。
從這里可以看出,上升的斜率比下降的斜率大,所以波形如下圖所示:
buck電路 電感電流 波形
可以看出電流是失控的,會(huì)一直增大。只有當(dāng)電流的上升頻率和下降頻率相同時(shí),開關(guān)電源才能維持穩(wěn)定的電壓。
2.有電容,a點(diǎn)的波形圖
buck電路 電感電流 波形
(1)導(dǎo)通瞬間,電流直接流過C1,負(fù)載被短路,相當(dāng)于15V直接接在L1中,此時(shí)電流上升斜率 = 15 / L。如果此時(shí)斷開開關(guān),因?yàn)槭峭蝗粩嚅_,是高頻信號(hào),會(huì)直接將電容C1短路,所以電感兩端的電壓和D1兩端的電壓相等(二極管將電壓鉗位在0.7V)。電流下降斜率 = 0.7 / L。
(2)隨著導(dǎo)通的進(jìn)行,開始對(duì)C1充電,假設(shè)充電到2V。Vc為2V,那么電感兩端電壓為15 - 2 = 13V,此時(shí)電流上升斜率 = 13 / L。如果此時(shí)斷開開關(guān),C1兩端電壓為2V,二極管兩端的電壓為-0.7V,所以電感兩端必須為2.7V,此時(shí)電流下降斜率 = 2.7 / L。
從這里可以看出,電感電流上升過程中,斜率逐漸變小,由最開始的15 / L,到后來的13 / L;電感電流下降過程中,斜率逐漸變大,由最開始的0.7V / L,到后來的2,7 / L。
通過上述分析(這里不好理解):加了一個(gè)電容后,電感電流的上升斜率和下降斜率達(dá)到一個(gè)平衡(最終相等)。總之,上圖所示的電路圖,只要開關(guān)S1開和關(guān)的頻率固定,a點(diǎn)電壓幾乎非常穩(wěn)定。
3.穩(wěn)定a點(diǎn)電壓的方法
只要起點(diǎn)和終點(diǎn)一樣,a點(diǎn)電壓就非常穩(wěn)定。
buck電路 電感電流 波形
4.電感工作模式
因?yàn)殡姼惺呛拓?fù)載串聯(lián)的,所以電感上的電流大小就是負(fù)載中的電流大小。
(1)連續(xù)模式
buck電路 電感電流 波形
中間藍(lán)色的線對(duì)應(yīng)的電流值,就是電感輸出的平均電流。電感電流的峰峰值都不為0,稱為連續(xù)模式,也簡稱CCM。這種模式最常用。
(2)臨界模式
buck電路 電感電流 波形
電流的下峰值為0,稱為臨界模式,因?yàn)槭沁B續(xù)的,也可以稱為臨界連續(xù)模式,簡稱BCM。
(3)斷續(xù)模式
buck電路 電感電流 波形
電流下降到0后,過一段時(shí)間電流才開始上升。也就是一個(gè)周期中,有一段時(shí)間電流為0,這種模式稱為斷續(xù)模式,簡稱DCM。
一般是讓電感工作在連續(xù)模式,系統(tǒng)比較穩(wěn)定。
5.伏秒法
要怎樣才能讓系統(tǒng)輸出穩(wěn)定電壓呢?也就是電感不會(huì)失控?只要保證以下公式成立即可:
上升的△V * △t = 下降的△V * △t
電流上升時(shí)電壓的變化量 * 時(shí)間 = 電流下降時(shí)電壓的變化量 * 時(shí)間,開通時(shí)電壓和時(shí)間的積分要和關(guān)斷時(shí)候的積分相等。因?yàn)槭请妷撼艘詴r(shí)間,所以被稱為伏秒法。
buck電路 電感電流 波形
只要紅色的面積和綠色的面積相等,就能保證電感輸出穩(wěn)定的電流。
當(dāng)時(shí)大多數(shù)情況下,上升的△V和下降的△V不相等,所以需要調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間,讓兩者和時(shí)間相乘后相等,乘積相等即可,滿足伏秒法則,電感工作就比較穩(wěn)定。
6.總結(jié)
(1)感應(yīng)電壓的大小與電流的大小無關(guān),只和電流的變化率有關(guān)。
(2)對(duì)于buck電路而言,因?yàn)殡姼泻拓?fù)載串聯(lián),所以電感的電流和負(fù)載電流相同,并且因?yàn)榱鬟^電感的電流是有紋波的,所以這里說的是電感的平均電流。
(3)對(duì)于連續(xù)工作模式下的電感,電感的平均電流位于電流波形圖的幾何中心,也就是下圖的藍(lán)色部分。
buck電路 電感電流 波形
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