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【電源】DC-DC電路中的伏秒平衡原理

硬件電子工程師. ? 來源: 硬件電子工程師. ? 作者: 硬件電子工程師 ? 2022-10-21 10:30 ? 次閱讀
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上一篇我們科普開關電源,在提到的開關電源中我們常用也就DC-DC電路,所以從今天開始將進入到我們的DC-DC電路專題。
在DC-DC電路應用中,我們很多工程師比較難理解BUCK/BOOST的升降壓區別,或者原理看完就忘又區分不開,那是因為沒有很好的理解今天我們所要提到的一個基本原理:電感的伏秒平衡原理。

1、電感的穩態

當DC-DC芯片開關頻率固定時,PWM信號占空比D也保持恒定。也就是說對n個周期,電流波形在每個開關周期是等規律重復的,意味著電流波形變成周期性波形,周期為T,即

I[(n+1)T]=I(nT)

這樣的狀態就稱為穩態。電感的這種穩態被稱為伏秒平衡,這個特性被用來分析各種開關變換器的穩態工作過程。

2、伏秒平衡

當DC-DC電路處于穩態時,流過電感的電流是周期性的。那么由上式可知電感電流:

I[(n+1)T]=I(nT)

而電感兩端的電壓可以表示為:

poYBAGNSAnqAdPXSAAAEAT-247o795.png

上式變換成電流IL關于電壓VL的函數關系:

poYBAGNSA3KAK3nPAAAC4L23ops483.png

結合(1)(3)式可得:

poYBAGNSA4SAJ1u6AAAHjbGDg1U769.png

由上式(4)表明開關電路工作在穩態時,電感兩端的電壓在一個開關周期中積分為零,簡單理解為在一個周期里正向電壓和反向電壓對稱相等,其實也就是電感L上磁通量正負方向需相同。該積分運算的單位是V*s(伏秒),所以稱這個特性為伏秒平衡。

基于以上積分結論,現在我們反向假設:如果電感兩端電壓在一個開關周期內的積分不為零,那么流過電感的電流在該周期里的幅值會不斷增加,導致電感飽和,繼續增加最終會導致電感L燒壞。

在DC-DC開關電源電路中的伏秒平衡通常體現為下面的形式:

pYYBAGNSA7yAUgguAAABp0Nqb6s320.png

審核編輯 黃昊宇

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