Buck直流变换器的工作原理及动态建模

精品文档---下载后可任意编辑2.1 DC/DC 变换器的概念将一个固定的直流电压变换成可变的直流电压称之为 DC/DC 变换，亦称为直流斩波。用斩波器斩切直流的基本思想是：假如改变开关的动作频率，或者改变直流电流通和断的时间比例，就可以改变加到负载上的电压、电流的平均值。Buck 变换器又称降压变换器、串连开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。基本的 DC/DC 变换器按输入输出之间是否有电气隔离可分为两类：隔离型 DC/DC 变换器和非隔离型DC/DC 变换器。非隔离型 DC/DC 变换器中存在四种基本的变换器拓扑，它们是降压式（Buck）型,升压式(Boost)型,升降压式(Buck-boost)型,Cuk 型，此外还有 Sepic 型和 Zeta 型变换器。2.2 二电平 Buck 直流变换器的工作原理及主电路图1 主电路拓扑Buck 变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。它的拓扑为电压源、串联开关和电流负载组合而成。如图所示：图 2.1 Buck 电路主电路拓扑为了分析稳态特性，简化推导公式的过程，特作如下假定。(1) 开关晶体管、二极管均是理想元件。也就是可以瞬间的导通和截至，而且导通时降压为零，截至时漏电流为零。(2) 电感、电容是理想元件。电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零。(3) 输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。Buck 变换器的工作原理：当开关管导通时，电容开始充电，通过向负载传递能量，此时，增加，电感内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，而续流二极管因反向偏置而截至；当关断时，由于电感电流不能突变，故通过二极管 VD 续流，电感电流逐渐减小，由于二极管 VD 的单向导电性，不可能为负，即总有,从而可在负载上获得单极性的输出电压。根据晶体管的开关特性，在管子的基极加入开关信号，就能控制它的导通和截至，对于 NPN 晶体管，当基极加入正向信号时，将产生积极电流，基极正向电压电压升高，也随之升高，达到一定数值后，集电极电流达到最大值，其后继续增加，基本上保持不变，这种现象称为饱和。在饱和状态下，晶体管的集射极电压很小，可以忽略不计。因此晶体管的饱和状态相当于开关的接通状态。当基极加入反向偏压时，晶体管截至，集电极电流接近于零，而晶体管的集射极电压接近于电源电压。晶体管的这种状态相当于开关的断开状态，通常称为截至状态，或称为关断状态。2.3 Buck 变换器的工作模式由 Buck 变换器的工作原理可以看...