串聯(lián)開關(guān)電路也叫降壓開關(guān)電路或Buck電路。串聯(lián)開關(guān)電路的原理圖和等效電路圖如圖1-l(a)、(b)所示。
由圖1-l(a)可以看出,串聯(lián)開關(guān)電路由功率開關(guān)管V1(IGBT)、續(xù)流二極管V2、電感L和電容C組成,Vl受占空比為0的脈沖的控制,交替導(dǎo)通或關(guān)斷,再經(jīng)L和C組成的濾波器,在負(fù)載R上得到直流輸出電壓Uo,從而完成將脈動(dòng)的直流輸入電壓Vcc變換成平滑直流輸出電壓Uo的功能。
采用圖1-l(b)所示的等效電路圖來分析串聯(lián)開關(guān)電路的穩(wěn)態(tài)工作過程。功率開關(guān)管VI用一開關(guān)S來代替。當(dāng)開關(guān)S處于位置l(閉合)時(shí),表示Vl處于導(dǎo)通狀態(tài);當(dāng)開關(guān)S處于位置2(斷開)時(shí),表示Vl處于關(guān)斷狀態(tài)。開關(guān)管VI處于導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的等效電路如圖1-2所示。
圖1-2(a)為Vl處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的等效電路。輸入電流ii=iL(iL為電感電流),iL流過電感L時(shí),在電感器達(dá)到飽和之前,電流iL線性增加,負(fù)載R流過電流I,R上的電壓即輸出電壓Uo,其極性為上正下負(fù)。當(dāng)ii〉I時(shí),電容C處于充電狀態(tài),而二極管V2處于反偏置狀態(tài)。
圖1-2(b)為Vl處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的等效電路。由于開關(guān)管關(guān)斷,ii=0,而電感中的電流iL不會(huì)發(fā)生突變,電感I中的磁場(chǎng)將改變L兩端的電壓UL的極性,以維持電流iL不變。負(fù)載R上的電壓U。仍保持上正下負(fù)。在iL〈I時(shí),電容C處于放電狀態(tài),以維持電流Io不變,即保持輸出電壓Uo(I。R)不變。此時(shí),續(xù)流二極管V2處于正偏置狀態(tài),為電感電流吐和輸出電流I。提供通路。
從上述分析中可以看出,當(dāng)Vl處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),ii〉0;當(dāng)Vl處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),ii=0。所以,輸入電流ii隨Vl周期性的導(dǎo)通和關(guān)斷而成為脈動(dòng)電流,而輸出電流Io在電感L、續(xù)流二極管V2、濾波電容C的作用下卻保持連續(xù)平滑。若負(fù)載為電阻性的,輸出電壓也呈現(xiàn)連續(xù)平滑的特性。
以上分析,假設(shè)所有元器件都為理想元器件,但實(shí)際上,損耗總是存在的,故開關(guān)管的電壓降不可忽略。這樣,U〈Vcc,即為降壓情況。
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