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降压电路
降压电路是一种基本的DC/DC变换器。
随着IPM驱动和MCU供电、LED照明驱动、继电器和交流开关供电等小功率、直接从母线电压供电的应用场合越来越多,而目前的大部分DC/DC变换器输入电压一般在50V以内,一种高压的降压型斩波变换器被研究和使用得越来越广泛。
考虑到降压电路构成简单、成本较低,因此这种变换器具有良好的市场前景。
本文对其原理和高压降压电路应用设计进行了详细地阐述。
降压电路拓扑分析
图1是降压拓扑的电路图。
当t=0时驱动S导通,电源Uin向负载供电,电感电流iL线性上升。
当t=ton时控制S关断,二极管VD续流,电感电流呈线性下降。
图1:
降压拓扑电路图。
根据电感电流是否连续,可分为连续电流模式(CCM)、不连续电流模式(DCM)和临界电流模式(BCM或CRM或TM)。
通常串接较大电感L使负载电流连续且纹波小。
但是小功率SMPS中为了减小噪声以及损耗,通常选定电感电流不连续模式(DCM)。
CCM和DCM下的各参数波形如图2所示。
图2:
CCM和DCM下主要参数波形。
1.BCM和CCM
设IL为iL的平均值,△iL是iL的纹波值。
则在BCM和CCM模式下:
稳态时:
又
从(3)和(4)得:
从
(1)、
(2)和(5)得:
在CCM下,(5)取>号
在BCM下,(5)取等号,==>L=R*Ts*(1-D)/2
2.DCM
设图2中t1处iL=0,且a=(t1-ton)/Ts=t1/Ts-D。
则稳态时L上电压开关周期平均值为0:
C在开关周期内电流平均值为0:
iL的平均值:
IL=△iL*(D+a)/2<△iL/2
Load电流:
Io=Uo/R
根据(7)、(8)和(4)得:
0.5*[(Uin-Uo)/L]*D*Ts*[Uin*D/Uo]=Uo/R
且:
K=2*L/(D2*Ts*R)=2/(D2*x),x=Ts*R/L,y=Uo/Uin。