开关稳压器详解(三)-Buck降压型开关稳压器分析计算
伏秒法则
由电感方程V=LΔI/Δt可得出,稳态时Δ=Δ=ΔI。即稳定工作时,每个周期开始和结束时的电感电流是相等的。如下图所示,稳态状态下电感电压曲线正负面积相等。
* = *
占空比
开关电源以频率f重复导通和关断,周期T=1/f,占空比定义如下:
D= / T
为电感电压持续的时间,但不一定开关关断时间T-,只有工作在CCM模式时才有:
D= / + (CCM时占空比)
输出电容与电感串联,Buck电路下电感平均电流与负载电流相等,=。用伏秒法则分析Buck转换器:
= - -
= - (-) = +
/ = ( - - ) / ( + )
/ +1 = ( - - ) / ( + ) +1
+ / = ( - + ) / ( + )
D=( + ) / ( - + )
由于,和输入输出比起来足够小,所以可以写成:
D ≈ /
举例分析
Buck:假设变换器输入电压范围是15-20V,输出电压为5V,最大输出电流为5A.如果开关频率是200kHz,那么计算电感值应该多大?
①对于Buck型DCDC需要按照最大输入电压来设计电感值,因为在最大输入电压下电感纹波电流最大,所以
②占空比D=5/20=0.25
③周期T=1/f=1/200kHz=5us
④关断时间是(1-D)*T=(1-0.25)*5=3.75us
⑤伏秒积 =5 * 3.75=18.75Vus
⑥电感电流纹波率r一般取值0.4,所以LI= */r=18.75/0.4=46.875uHA
⑦负载电流为5A和电感电流一致,所以L=46.875/5=9.375uH
⑧电感的电流额定值至少为(1+r/2)*I=1.2 * 5=6A
⑨所以需要选择至少10uH/6A的电感
参考
- 书籍-精通开关电源设计