降壓轉換器2

今天繼續分享介紹降壓轉換器的一些知識。先來首歌靜下心哈哈。

圖1顯示了降壓轉換器的基本拓撲結構。Q1開關以固定頻率和可變占空比信號運行。

圖1：降壓轉換器拓撲

Q1導通（TON）

在這種配置中，電路重新繪制，如圖2所示。二極管反向偏置，使其成為開路。

圖2：降壓轉換器拓撲：TON

根據圖2，電感上的電壓如公式1所示。

公式1：

Q1斷開（TOFF）

如圖3所示，當開關Q1打開時，電感器將嘗試保持電流像以前一樣流動。

圖3：降壓轉換器拓撲：TOFF

結果，D1，LO，Q1交叉點處（即通常所說的“SW”點）的電壓將突然變為負，以支持在相同方向上的連續電流。公式2顯示了此時的電感電壓，而公式3顯示了電流。

公式2：

公式3：

輸入/輸出關系和占空比

到目前為止所描述的被稱為連續模式。要了解它的含義及其重要性，請參考圖4（G），它代表電感電流。如前所述，電感電流在TON期間上升，在TOFF期間下降。

圖4：降壓轉換器波形

可以使用公式4輕松計算平均電流。

公式4：

平均電感電流也就是流向輸出的電流，因此輸出平均電流等于公式5。

公式5：

當輸出負載RO（與輸出電容器CO并聯連接）的值增加，這樣會降低平均輸出電流。如圖5所示，電流從標稱負載的A線移動到較大負載的B線。應該注意的是，在TON和TOFF期間，兩個斜坡的斜率不會改變，因為它們僅依賴于VDC，VOUT和L，并且這些值沒有被改變。由于VO等于常數（控制回路處理這個）所以RO增加，電流會減小。

圖5：不同負載下的電感電流

連續模式

連續模式的命名是源自于電感中的電流永不停止流動（變為零）。

如圖5所示，如果負載繼續增加（減小IO,av），則在某個時間電感器電流圖將接觸x軸（線C）。這意味著電感器中的初始和最終電流（在開關周期的開始和結束時）為零。此時，電感電流被認為是進入了臨界模式。

如果負載進一步增加，則下降斜坡期間的電流將在周期T（線D）結束之前達到零，這被稱為不連續模式。

一個關鍵點是TOFF周期結束時的電感電流必須等于TON周期開始時的電感電流，這意味著一個周期內電流的凈變化必須為零。當所有瞬態完成且電路行為不再變化時，這必須在穩態下成立。

使用從等式1和等式3導出的IL（TON）的值產生等式6中所示的關系。

公式6：

忽略VD,on和VQ,on，可以求解VOUT的公式6，如公式7所示。

公式7：

當輸入電壓處于最小值時，實現最大占空比，如公式8所示。

公式8：

D明顯在'0'和'1'之間。

非連續模式

在非連續模式下，電感電流在周期T結束前變為零。決定連續和非連續模式之間邊緣的電感（輸出）平均電流（IO，av，min）可以很容易地確定，如圖6所示。

圖6：非連續模式邊緣的電感電流

根據圖6，電感電流限制等于公式9。

公式9：

從這一點開始，降壓轉換器的行為會發生根本性的變化。如果負載繼續增加，系統必須降低電流的唯一可能性是減少占空比（圖5）。但是，這意味著輸入和輸出之間不再存在如公式9所示的線性關系。

VDC，VOUT和D之間的關系可以通過一些額外的推導獲得，如公式10所示。

公式10：

圖7說明了這種關系。

圖7：連續和非連續區域的占空比

如圖7所示，從連續區域開始沿著線（A）移動，在跨過虛線之前這段距離內，D=0.5，保持相同的輸出電壓（VDC/VOUT）=2，從連續區域（虛線）之間的邊界越過后D根據等式10中的非線性關系而變化。