重壓轉(zhuǎn)換器是一種DC-DC轉(zhuǎn)換器,可產(chǎn)生高于或低于輸入電壓的輸出電壓,使它成為動力電子中各種應(yīng)用的多功能電轉(zhuǎn)換電源結(jié)構(gòu),在這些應(yīng)用中,輸入電壓調(diào)節(jié)和輸出電壓要求可能不同。

硬力加速轉(zhuǎn)換器以兩種不同的模式運(yùn)作:“buck”模式,輸出電壓低于輸入電壓;“buck”模式,輸出電壓高于輸入電壓?！癰ust”模式,輸出電壓高于輸入電壓。這兩種模式之間的過渡是平穩(wěn)的,使轉(zhuǎn)換器能夠在不同的輸入條件下保持穩(wěn)定的輸出電壓。

重力加速轉(zhuǎn)換器使用一個(gè)開關(guān)(通常是晶晶體管)和一個(gè)二極管操作,該開關(guān)控制著電流通過感應(yīng)器和電容器流動。在開關(guān)的狀態(tài)下,能量儲存在感應(yīng)器中,在調(diào)離器狀態(tài)下,能量通過二極管傳輸?shù)捷敵?。開關(guān)的值勤周期,或O-時(shí)間與轉(zhuǎn)動周期總周期的比率,決定了轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。調(diào)整值周期使輸出電壓能夠控制并維持在理想水平上。

根據(jù)轉(zhuǎn)換器的操作理論,從DC電源E獲得的磁能隨著時(shí)間推移在引力中積累。這種能量在時(shí)間里被轉(zhuǎn)移到負(fù)載中。負(fù)載的電壓必須具有圖8中描述的極度,因?yàn)槎O體以特定的方式定位。負(fù)載電壓的正終端與DC電源的負(fù)終端相連,表明該轉(zhuǎn)換器在負(fù)載中進(jìn)行電轉(zhuǎn)換。這是一個(gè)重要的轉(zhuǎn)換器特性,可能會限制其使用地點(diǎn)。

Figure 8: The buck-boost converter circuit diagram

當(dāng)開關(guān)(圖9)開關(guān)時(shí),導(dǎo)引器與DC電源E連接,導(dǎo)致導(dǎo)引電流從最小值直線增長到最大值(圖11)。 在此期間,二極管由于U和DC電源E的電壓總和而反向偏向,因此沒有進(jìn)行。

Figure 9: The buck-boost converter circuit diagram – interval tON

當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí),導(dǎo)電流通過二極管D(圖10)確定,將導(dǎo)電的磁能轉(zhuǎn)移到負(fù)載。如圖11所示,在負(fù)載電U的影響下,導(dǎo)電流從最大值下降到最低值。

Figure 10: The buck-boost converter circuit diagram – interval tOFF

在穩(wěn)定狀態(tài)下,整個(gè)感應(yīng)器的平均電壓值為零,這意味著:

$$S_+ = E cdot t_{ON} = S_- = U cdot t_{OFF} Rightarrow U = E cdot frac{t_{ON}}{t_{OFF}}$$

因此,這一轉(zhuǎn)換器可以作為一個(gè)逐步下調(diào)或逐步上調(diào)轉(zhuǎn)換器(t)ON/tOFF然而,應(yīng)當(dāng)指出,與助推轉(zhuǎn)換器一樣,電壓助推器的功能受到電路損失的限制。

Figure 11: The buck-boost converter – inductor voltage and current versus time graph

熱力轉(zhuǎn)換器與其電路表上的推力轉(zhuǎn)換器和熱力轉(zhuǎn)換器有一些相似之處。 下面是壓力轉(zhuǎn)換器的一些主要部分:

開關(guān)( S): 通常情況下,像MOSFET這樣的電動晶體管會調(diào)節(jié)導(dǎo)體的當(dāng)前流量。轉(zhuǎn)換器的操作模式和輸出電壓取決于開關(guān)的上方和調(diào)值狀態(tài)。

二極 (D):當(dāng)開關(guān)處于離岸價(jià)格位置時(shí),它只允許電流向一個(gè)方向流動,從引文到輸出。輸出電容器由于二極管無法向輸入源排放。

誘導(dǎo)劑(L):開關(guān)在狀態(tài)上的儲存能量, 并在離岸價(jià)格狀態(tài)下釋放到輸出中。 引力對于平滑輸出電壓和當(dāng)前波形至關(guān)重要 。

電容器(C):通過儲存和釋放能量來過濾和平滑輸出電壓波形,通過減輕電壓波和瞬時(shí)反應(yīng)來保持穩(wěn)定的輸出電壓。

輸入和輸出過濾器:這些是可選部件,通常是電容器或感應(yīng)電容器(LC)組合,用于減少電磁干擾和轉(zhuǎn)換器輸入和輸出時(shí)的噪音。

充氣轉(zhuǎn)換器的地形學(xué)可以通過多種方式建立,包括非倒轉(zhuǎn)、uk和單端初級感應(yīng)轉(zhuǎn)換器(SEPIC)配置。 這些設(shè)置在輸入-輸出分離、電壓極和效率方面都有獨(dú)特的好處。

最后,壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換器使用關(guān)鍵部件,包括開關(guān)、二極管、感應(yīng)器和電容器來控制和維持輸出電壓。它結(jié)合了壓強(qiáng)和推力轉(zhuǎn)換器的地形。 壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換器的不同配置提供了特殊的好處,根據(jù)特定應(yīng)用需要量身定制。

Continuous and Discontinuous Conduction Modes

有兩種獨(dú)有的導(dǎo)導(dǎo)模式可以使用,即連續(xù)導(dǎo)導(dǎo)模式(CCM)和連續(xù)導(dǎo)導(dǎo)模式(DCM),這些模式基于感應(yīng)器當(dāng)前在轉(zhuǎn)換周期中的行為方式。

連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM):《集束彈藥公約》的感應(yīng)器電流從未達(dá)到零,在轉(zhuǎn)換周期中始終保持正值。這種操作模式通常在低輸出電壓波需要時(shí)或高功率應(yīng)用時(shí)選擇。與《集束彈藥公約》相比,《集束彈藥公約》具有較高的瞬時(shí)反應(yīng)能力、更順暢的波形和更高的效率。然而,為了確保流動不變,《集束彈藥公約》需要更大的導(dǎo)管值,這可能導(dǎo)致規(guī)模和成本的增加。

連續(xù)連續(xù)導(dǎo)導(dǎo)模式(DCM):在數(shù)據(jù)元件管理中,轉(zhuǎn)換周期中有些時(shí)期沒有將能源轉(zhuǎn)移到產(chǎn)出,因?yàn)楦袘?yīng)器的電流下降到零。當(dāng)負(fù)荷流大幅下降或低功率應(yīng)用時(shí),經(jīng)常會觀察到數(shù)據(jù)元件管理。這種操作方法通過精簡控制戰(zhàn)略,可以產(chǎn)生較小的感應(yīng)器價(jià)值和更緊湊的設(shè)計(jì)。另一方面,數(shù)據(jù)元件管理則造成更多的輸出電壓波波、更大的轉(zhuǎn)換損耗以及更低的總體效率。

個(gè)人應(yīng)用要求、預(yù)期性能特征和設(shè)計(jì)限制將決定是否應(yīng)該使用CCM或DCM。 轉(zhuǎn)換器偶爾可以在兩種模式下工作,當(dāng)裝載電流波動時(shí)在兩種模式之間轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能必須維持在所謂的邊界導(dǎo)電模式(BCM ) 或關(guān)鍵導(dǎo)電模式(CrCM ) ( CrCM ) , 這需要更復(fù)雜的控制技術(shù)。

Design Considerations and Calculations

為了達(dá)到最佳性能、效率和可靠性,在設(shè)計(jì)減速轉(zhuǎn)換器時(shí)必須考慮若干因素,其中包括部件的選擇、控制戰(zhàn)略和參數(shù)計(jì)算,本節(jié)將概述減速轉(zhuǎn)換器的主要設(shè)計(jì)考慮和計(jì)算。

選擇構(gòu)成部分:轉(zhuǎn)換器的性能在很大程度上受到許多部件的選擇的影響,包括切換裝置、二極管、感應(yīng)器和電容器。切換裝置,通常是MOSFET,需要按適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鱽碓u定,以承受預(yù)期的壓力。二極管應(yīng)有一個(gè)較低的前方電壓滴和快速反轉(zhuǎn)恢復(fù)時(shí)間來減少損失。應(yīng)選擇導(dǎo)引體,以維持連續(xù)或中斷的導(dǎo)電模式,并產(chǎn)生所需的輸出電壓波。為減少損失,電容器應(yīng)具有低等量的序列耐力和足夠的能力以保持輸出電壓的穩(wěn)定。

控制戰(zhàn)略控制戰(zhàn)略:瞬時(shí)反應(yīng)、穩(wěn)定性維持和輸出電壓調(diào)節(jié)的性能在很大程度上取決于控制策略。輸出電壓通常由脈動波調(diào)制(PWM)管理,經(jīng)常用于調(diào)整轉(zhuǎn)換裝置的值勤周期。在不同的負(fù)荷和輸入電壓條件下,任務(wù)周期由反饋循環(huán)調(diào)整,通常使用電壓參考和錯誤放大器。

參數(shù)計(jì)算:在設(shè)計(jì)過程中必須計(jì)算若干關(guān)鍵參數(shù),以確保壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換器的正常運(yùn)行。

值日周期(D):值日周期確定實(shí)時(shí)與總切換期的比率,控制輸出電壓。對于減壓轉(zhuǎn)換器,可用下列公式計(jì)算值周期:

$$D = frac{V_{out}}{V_{in} + V_{out}}$$ $$U = E cdot frac{ t_{ON}}{t_{OFF}}$$ $$Rightarrow U + E = U + U cdot frac{t_{OFF}}{t_{ON}} = U cdot frac{ (t_{ON} + t_{OFF})}{t_{ON}} = U cdot frac{ T}{t_{ON}} = frac{U}dgtuhok$$ $$Rightarrow d = frac{U}{U + E} = frac{V_{out}}{V_{out} + V_{in}}$$

感應(yīng)值 (L): 感應(yīng)值影響輸出電壓波并確定導(dǎo)電模式。 感應(yīng)值可以使用預(yù)期的波紋流( IL)、 切換頻率( fsw) 和值周期( D) 來計(jì)算。 在重力加速轉(zhuǎn)換器中, 感應(yīng)值可以使用以下公式來計(jì)算:

$$L = frac{Vin cdot D}{Delta I_L cdot f_{sw}}$$

當(dāng)切換設(shè)備打開時(shí)( t)ON),電導(dǎo)器儲存能源,當(dāng)它關(guān)閉時(shí)釋放(t)OFF在轉(zhuǎn)換周期中,誘導(dǎo)器峰值和谷流之間的差別被稱為引導(dǎo)器當(dāng)前波紋(IL)。較小的引引力價(jià)值將產(chǎn)生更大的當(dāng)前波紋,從而可能對轉(zhuǎn)換器效率和輸出電壓波產(chǎn)生影響。根據(jù)輸入電壓、任務(wù)周期所期望的當(dāng)前波紋和切換頻率,設(shè)計(jì)師可以選擇正確的引引力值,以產(chǎn)生最佳性能并保持應(yīng)用的偏好導(dǎo)電動模式。

電容器值( Cin 和 Cout)輸入和輸出電容器有助于維護(hù)電壓穩(wěn)定性,并過濾高頻噪音。根據(jù)所需的輸入和輸出電壓波、調(diào)頻和裝載電流,可以計(jì)算出電能值。最后,在設(shè)計(jì)加速轉(zhuǎn)換器時(shí),必須認(rèn)真考慮部件的選擇、控制方案和參數(shù)計(jì)算。設(shè)計(jì)師可以通過考慮到這些標(biāo)準(zhǔn),取得最佳性能、有效性和可靠性。

Efficiency and Losses

效率對電轉(zhuǎn)換器的熱管理和總體能源消耗有重大影響,使其成為一項(xiàng)關(guān)鍵的性能衡量標(biāo)準(zhǔn),本節(jié)將闡述影響減速轉(zhuǎn)換器效率和損失的各種因素。

行為損失轉(zhuǎn)換器部件的阻力,特別是開關(guān)裝置、二極管、感應(yīng)器和電容器的阻力,造成傳導(dǎo)損失。開關(guān)裝置的在州上的阻力(RDS(on))和電流通過電流都會影響傳導(dǎo)損失。二極管承載的前方電壓滴(Vf)和電流在裝置中造成損失。由于它們各自的一系列阻力(ESR)和DC的阻力,感應(yīng)器和電容器承受著損失。消除這些阻力可以最大限度地減少傳導(dǎo)損失并提高效率。

轉(zhuǎn)置損失: 開關(guān)設(shè)備開關(guān)發(fā)生于各州之間和各州之間開關(guān)時(shí),即發(fā)生開關(guān)損失。這些損失是過渡期間電壓和電流重疊以及裝置寄生能力中能量儲存重疊造成的。使用低門電(Qg)裝置和設(shè)計(jì)門驅(qū)動電路以減少轉(zhuǎn)接時(shí)間,可以降低轉(zhuǎn)接損失。此外,低開關(guān)頻率操作可能有助于減少轉(zhuǎn)接損失,同時(shí)保持產(chǎn)出電壓穩(wěn)定性和波紋性能需要更大的被動部件。

磁力損失:核心材料中的歇斯底里和搖晃流、近距離和風(fēng)向中的皮膚效應(yīng)都對導(dǎo)引器中的磁性損失負(fù)有責(zé)任。 利用低巖心損失的合適核心材料、改進(jìn)刮線方法,以及在某些情況下以較低的轉(zhuǎn)接頻率操作,都有助于減少高頻磁性損失。

C. 控制損失和輔助損失:轉(zhuǎn)換器的控制電路,包括門驅(qū)動器、誤差放大器和電壓參考,也增加了總功率損失。盡管這些損失與其他損失相比往往微不足道,但在確定轉(zhuǎn)換器的總體效率時(shí),應(yīng)考慮到這些損失。

Applications and Examples

Buck-Bowest轉(zhuǎn)換器是多種用途的多功能功率轉(zhuǎn)換裝置,可以加速或降低輸入電壓以滿足具體的產(chǎn)出要求。本節(jié)探討一些典型的應(yīng)用和buck-Bast轉(zhuǎn)換器的例子。

便攜式電子設(shè)備比如智能手機(jī)、筆記本電腦和醫(yī)療設(shè)備都使用能夠排放的電池。 巴克-加速轉(zhuǎn)換器確保穩(wěn)定的輸出電壓,以達(dá)到最佳性能,即使電池電壓低于理想水平。

能源收獲系統(tǒng)如太陽能電池板和熱電發(fā)電機(jī)等,由于環(huán)境條件,輸出電壓可變,Buck-Bast轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)這些電壓,為下游載荷或電池充電提供穩(wěn)定的輸出。

汽車電子設(shè)備對各種系統(tǒng)有不同的電壓要求,這些電壓轉(zhuǎn)換器通過維持穩(wěn)定的電力供應(yīng)可以提供,這確保了可靠的性能,即使由于車輛電氣系統(tǒng)或電池電壓的波動而造成不同的輸入電壓,也確保了可靠的性能。

工業(yè)和電信設(shè)備Buck-bast轉(zhuǎn)換器可以保持精確的輸出電壓,即使由于線條擾動或負(fù)載變化造成輸入電壓變化。

巴克-加速轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)電流和電壓LED照明系統(tǒng)這些轉(zhuǎn)換器可容納不同電源,包括電池、AC-DC適應(yīng)器和可再生能源系統(tǒng)的各種輸入電壓。

責(zé)任編輯：彭菁