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串联开关变换器工作原理和原理图讲解

发表时间:2021-02-26 17:25【

  串联开关变换器由于占空比总是小于1,所以U。总是小于Ui,故常称为下降型(降压型)串联开关变换器。也称为Buck变换器。Buck变换器又称为降压变换器,串联稳压开关电源和三端开关型降压稳压电源。

串联开关变换器工作原理图

  Buck变换器主要包括:开关元件M1,二极管D1,电感L1,电容C1和反馈环路。而一般的反馈环路由四部分组成:采样网络,误差放大器(Error Amplifier,E/A),脉宽调制器(Pulse Width Molation,PWM)和驱动电路。为了便于对Buck变换器基本工作原理的分析,我们首先作以下几点合理的假设[1]:


  a、开关元件M1和二极管D1都是理想元件。它们可以快速的导通和关断,且导通时压降为零,关断时漏电流为零;


  b、电容和电感同样是理想元件。电感工作在线性区而未饱和时,寄生电阻等于零。电容的等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)和等效串联电感(Equivalent Series inctance,ESL)等于零;


  c、输出电压中的纹波电压和输出电压相比非常小,可以忽略不计。


  d、采样网络R1和R2的阻抗很大,从而使得流经它们的电流可以忽略不计。


  在以上假设的基础上,下面我们对Buck变换器的基本原理进行分析。当开关元件M1导通时,电压V1与输出电压Vdc相等,晶体管D1处于反向截至状态,电流01?DI。电流11LMII?流经电感L1,电流线性增加。经过电容C1滤波后,产生输出电流OI和输出电压OV。采样网络R1和R2对输出电压OV进行采样得到电压信号SV,并与参考电压refV比较放大得到信号。信号eaV和线性上升的三角波信号trV比较。当eatrVV?时,控制信号WMV和GV跳变为低,开关元件M1截至。


  此时,电感L1为了保持其电流1LI不变,电感L1中的磁场将改变电感L1两端的电压极性。这时二极管D1承受正向偏压,并有电流1DI流过,故称D1为续流二极管。若OLII?1时,电容C1处于放电状态,有利于输出电流OI和输出电压OV保持恒定。开关元件截至的状态一直保持到下一个周期的开始,当又一次满足条件treaVV?时,开关元件M1再次导通,重复上面的过程。


  仔细分析Buck变换器的原理图可知,它的反馈环路是一个负反馈环路。当输出电压OV升高时,电压SV升高,所以误差放大器的输出电压eaV降低。由于eaV的降低,使得三角波trV更早的达到比较电平,所以导通时间onT减小。因此,Buck变换器的输入能量降低。由能量守恒可知,输出电压OV降低。反之亦然。


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