开关电源学习笔记(含推导公式)
开关电源训练笔记

开关电源训练笔记一、初识开关电源哎呀,开关电源这玩意儿可真是个神奇的存在呢!就像一个超级管家,精准地控制着电能的分配。
我刚开始接触它的时候,那真是一头雾水,完全不知道从哪儿下手。
导师看着我迷茫的眼神,笑着说:“这就像学骑自行车,一开始觉得难,等掌握了平衡就简单了。
”你看,开关电源不也是这样吗?那些复杂的电路就像自行车的各个零件,得先认识它们才能让整个电源运转起来。
二、电路结构探秘这开关电源的电路结构啊,那叫一个复杂!就像是一座神秘的迷宫,各种元件就像是迷宫里的一道道关卡。
我和小组的伙伴们一起研究,有个同学说:“这感觉就像在解一个超级复杂的谜题,每个元件都是一个小线索。
”比如说那个变压器,它就像是一个电能的搬运工,把电压升高或者降低。
要是没有它,电能可就没法按照我们想要的方式分配啦。
三、关键元件分析开关电源里有不少关键元件呢。
像开关管,这可是个厉害的角色,就像一个闸门的守卫。
我问师兄:“这开关管到底有多重要啊?”师兄瞪大了眼睛说:“这就好比人的心脏啊,要是它出问题了,整个电源都得歇菜!”还有那些电容、电感,它们就像一对配合默契的小伙伴,一个储存电能,一个抵抗电流的变化。
没有它们的协作,电源的性能可就大打折扣喽。
四、工作原理大揭秘开关电源的工作原理可真是让我费了不少脑筋。
有时候我就在想,这电能一会儿开一会儿关的,怎么就能稳定输出呢?就好像一个人在走钢丝,还能稳稳当当的。
我的老师给我解释:“这是因为有反馈电路在不断地调整呢,就像你的眼睛在走路的时候不断给大脑反馈信息,让你能保持平衡。
”这个反馈电路时刻监测着输出电压,一旦发现不对劲儿,就赶紧调整开关管的开关频率,确保输出的电能稳定可靠。
五、散热问题不容忽视在研究开关电源的过程中,散热问题可把我们折腾得够呛。
这电源工作起来就像一个小火炉,要是热量散不出去,那可就危险了。
我和小伙伴们就像热锅上的蚂蚁,急得团团转。
有个小伙伴开玩笑说:“这电源要是会说话,肯定在喊‘热死我啦,快给我降降温!’”我们给它加上散热片,就像给它穿上了一件散热的铠甲,热量就能更快地散发出去,电源也能更稳定地工作了。
开关电源学习笔记(含推导公式)

《开关电源》笔记三种基础拓扑(buck boost buck-boost )的电路基础: 1, 电感的电压公式dtdILV ==T I L ∆∆,推出ΔI =V ×ΔT/L2, sw 闭合时,电感通电电压V ON ,闭合时间t ON sw 关断时,电感电压V OFF ,关断时间t OFF3, 功率变换器稳定工作的条件:ΔI ON =ΔI OFF 即,电感在导通和关断时,其电流变化相等。
那么由1,2的公式可知,V ON =L ×ΔI ON /Δt ON ,V OFF =L ×ΔI OFF /Δt OFF ,则稳定条件为伏秒定律:V ON ×t ON =V OFF ×t OFF4, 周期T ,频率f ,T =1/f ,占空比D =t ON /T =t ON /(t ON +t OFF )→t ON =D/f =TD→t OFF =(1-D )/f电流纹波率r P51 52r =ΔI/ I L =2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值ΔI =E t /L μH E t =V ×ΔT (时间为微秒)为伏微秒数,L μH 为微亨电感,单位便于计算 r =E t /( I L ×L μH )→I L ×L μH =E t /r →L μH =E t /(r* I L )都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适,具体见 P53电流纹波率r =ΔI/ I L =2I AC /I DC 在临界导通模式下,I AC =I DC ,此时r =2 见P51 r =ΔI/ I L =V ON ×D/Lf I L =V O FF×(1-D )/Lf I L →L =V ON ×D/rf I L 电感量公式:L =V O FF×(1-D )/rf I L =V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面:A,I PK =(1+r/2)×I L ≤开关管的最小电流,此时r 的值小于0.4,造成电感体积很大。
12种开关电源拓扑及计算公式

输入输出电压关系DTTonVin Vout ==开关管电流IoutIq =(max)1开关管电压VinVds =二极管电流)1(1D Iout Id −×=二极管反向电压VinVd =12、BOOST 电路输入输出电压关系DTon T T Vin Vout −=−=11开关管电流11((max)1DIout Iq −×=开关管电压VoutVds =二极管电流IoutId =1二极管反向电压VoutVd =13、BUCK BOOST 电路输入输出电压关系DDTon T Ton Vin Vout −=−=1开关管电流11((max)1DIout Iq −×=开关管电压VoutVin Vds −=二极管电流IoutId =1二极管反向电压VoutVin Vd −=1输入输出电压关系DDVin Vout −=1开关管电流)1((max)1DD Iout Iq −×=开关管电压VoutVin Vds +=二极管电流IoutId =1二极管反向电压VinVout Vd +=15、FLYBACK 电路输入输出电压关系LpIout VoutT D Vin Vout ×××=2开关管电流(max)1LpTonVin Iq ×=开关管电压NsNp Vout Vin Vds ×+=二极管电流IoutId =1二极管反向电压NpNs Vin Vout Vd ×+=16、FORW ARD 电路输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ×=×=开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds ×=2二极管电流DIout Id ×=1二极管反向电压NpNs Vin Vout Vd ×+=17、2SWITCH FORWARD 电路输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ×=×=开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds =二极管电流DIout Id ×=1二极管反向电压NpNs Vin Vout Vd ×+=18、ACTIVE CLAMP FORWARD 电路输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ×=×=开关管电流Iout Np NsIq ×=(max)1开关管电压)11(DVin Vds −×=二极管电流DIout Id ×=1二极管反向电压DNp Ns Vin Vout Vd −××+=111输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ×=×=开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds =二极管电流)21(21D IoutD Iout Id −×+×=二极管反向电压21Vin Np Ns Vd ×=10、PUSH PULL 电路输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ××=××=22开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds ×=2二极管电流)21(21D IoutD Iout Id −×+×=二极管反向电压NpNs Vin Vd ×=1输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ××=××=22开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds =二极管电流)21(21D IoutD Iout Id −×+×=二极管反向电压NpNs Vin Vd ×=112、PHASE SHIFT ZVT输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ××=××=22开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds =二极管电流Iout Id ×=211二极管反向电压NpNs Vin Vd ×=1。
最新开关电源学习笔记

开关电源学习笔记开关电源学习笔记阅读书记名称《集成开关电源的设计调试与维修》开关电源术语:效率:电源的输出功率与输入功率的百分比。
其测量条件是满负载,输入交流电压标准值。
ESR:等效串联电阻。
它表示电解电容呈现的电阻值的总和。
一般情况下,ESR值越低的电容,性能越好输出电压保持时间:在开关电源输出电压撤消后,依然保持其额定输出电压的时间。
启动浪涌保护:它属于保护电路。
它对电源启动时产生的尖蜂电流起限制作作用。
为了防止不必要的功率损耗,在设计这一电路时候,一定要保证滤波电容充满电之前,就起到限流的作用。
隔离电压:电源电路中的任何一部分与电源基板之间的最大电压。
或者能够加在开关电源的输入与输出端之间的最大直流电压。
线性调整率:输出电压随负载在指定范围内的变化百分率。
条件是线电压和环境温度不变。
噪音和波纹:附加在直流信号上的交流电压的高频尖锋信号的峰值。
通常是mV度量。
隔离式开关电源:一般指开关电源。
它从输入的交流电源直接进行整流滤波,不使用低频隔离变压器。
输出瞬态响应时间:从输出负载电路产生变化开始,经过整个电路的调节作用,到输出电压恢复额定值所需要的时间。
过载过流保护:防止因负载过重,是电流超过原设计的额定值而造成电源的损坏的电。
远程检测:电压检测的一种方法。
为了补偿电源输出的电压降,直接从负载上检测输出电压的方法。
软启动:在系统启动时,一种延长开关波形的工作周期的方法。
工作周期是从零到它的正常工作点所用的时间。
快速短路保护电路:一种用于电源输出端的保护电路。
当出现过压现象时,保护电路启动,将电源输出端电压快速短路。
占空比:开关电源中,开关元件导通的时间和变换工作周期之比。
元件选择和电路设计:一:输入整流器的一些参数最大正向整流电流:这个参数主要根据开关电源输出功率决定,所选择的整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍。
峰值反向截止电压(PIV):由于整流器工作在高压的环境,所以它们必须有较高的PIV值。
开关电源学习笔记(含推导公式)

《开关电源》笔记三种基础拓扑(buckboostbuck-boost )的电路基础:1,电感的电压公式V L dI=L I,推出 I =V × T/Ldt T 2,sw 闭合时,电感通电电压 VON ,闭合时间tONsw 关断时,电感电压 VOFF ,关断时间 tOFF3,功率变换器稳定工作的条件:ION = I OFF 即,电感在导通和关断时,其电流变化相等。
那么由 1,2的公式可知,V ON=L × ION/ tON ,VOFF =L ×ΔIOFF/ tOFF ,则稳定条件为伏秒定律:V ON ×t ON =V OFF ×t OFF4,周期T ,频率f ,T =1/f ,占空比D =tON/T =tON/(tON +tOFF )→tON =D/f =TD →t OFF =(1-D )/f电流纹波率r P5152r =I/IL =2IAC/IDC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值I =Et/L μHEt =V × T (时间为微秒)为伏微秒数, L μH 为微亨电感,单位便于计算r =Et/(IL ×L μH )→IL ×L μH =Et/r →L μH =Et/(r*IL )都是由电感的电压公式推导出来r 选值一般 0.4比较合适,具体见P53 电流纹波率r = I/IL =2IAC/IDC 在临界导通模式下,IAC =IDC ,此时r =2 见P51r =I/IL =VON ×D/LfI L =V O FF×(1-D )/LfI L →L =V ON ×D/rfI L 电感量公式:L =V O FF×(1-D )/rfI L =V ON ×D/rfI L设置r 应注意几个方面:A,I PK =(1+r/2)×IL ≤开关管的最小电流,此时 r 的值小于0.4 ,造成电感体积很大。
开关电源设计中最常用的几大计算公式汇总

开关电源设计中最常用的几大计算公式汇总在开关电源设计中,有几个常用的计算公式可以帮助工程师进行准确的设计,以下是几个常用的计算公式的汇总:1.电容选择计算公式:开关电源中的电容主要用于滤波和储能,电容的选择需要考虑到输出的纹波电压、负载变化和效率等因素。
常见的电容选择公式如下:C=(ΔV×I)/(f×δV)其中,C是所需的电容容值,ΔV是允许的输出纹波电压,I是负载电流,f是开关频率,δV是峰值纹波电压。
2.电感选择计算公式:电感主要用于存储能量和滤波,选择适当的电感能够提高开关电源的效率。
电感选择的计算公式如下:L = ((Vin - Vout) × D × τ) / (Vout × Iout)其中,L是所需的电感值,Vin是输入电压,Vout是输出电压,D是占空比,τ是瞬态时间,Iout是负载电流。
3.开关频率计算公式:开关频率是开关电源设计中重要的参数,可以影响到效率、尺寸和成本等因素。
开关频率的计算公式如下:f = (Vin - Vout) / (Vout × L × Iout)其中,f是所需的开关频率,Vin是输入电压,Vout是输出电压,L是选择的电感值,Iout是负载电流。
4.整流二极管选择计算公式:整流二极管用于将开关电源的交流输出转换为直流输出,选择适当的整流二极管可以减少功耗和散热。
整流二极管选择的计算公式如下:Iavg = (Iout × η) / (1 - η)其中,Iavg是整流二极管的平均电流,Iout是负载电流,η是开关电源的效率。
5.功率开关管选择计算公式:功率开关管主要用于开关转换和功率调节,选择适当的功率开关管可以提高效率和可靠性。
功率开关管选择的计算公式如下:Pd = (Vin - Vout) × Iout / η - Vout × Iout其中,Pd是功率开关管的功耗,Vin是输入电压,Vout是输出电压,Iout是负载电流,η是开关电源的效率。
开关电源输出电压计算公式

开关电源输出电压计算公式(原创版)目录1.开关电源输出电压计算公式概述2.计算公式的推导过程3.计算公式的应用实例4.注意事项及结论正文一、开关电源输出电压计算公式概述开关电源是一种采用现代电力电子技术,通过开关管的开通和关断,实现输入电压和输出电压之间能量传递的电源。
在开关电源设计中,计算输出电压是一个关键环节。
本文将介绍一种常用的开关电源输出电压计算公式,并详细阐述其推导过程及应用实例。
二、计算公式的推导过程在开关电源系统中,通常采用 Buck 电路(降压电路)作为输出电压的调整电路。
Buck 电路的工作原理是:在输入电压的作用下,开关管进行开关操作,使得电感上的电流呈锯齿波形,从而实现输出电压的调节。
根据电感上的电流与输出电压之间的关系,可以得到开关电源输出电压的计算公式如下:输出电压 = 输入电压× (开关周期中电感电流的平均值)其中,开关周期中电感电流的平均值可以通过以下公式计算:平均电感电流 = (电感电流的最大值 + 电感电流的最小值) / 2由于电感电流的波形为锯齿波,其最大值和最小值可以通过以下公式计算:最大电感电流 = (开关电流增益×输入电压) / (开关电流增益 + 电感阻抗)最小电感电流 = (开关电流增益×输入电压) / (开关电流增益 - 电感阻抗)三、计算公式的应用实例假设一个开关电源系统的输入电压为 220V,开关电流增益为 1.2,电感阻抗为 0.1Ω,求该开关电源系统的输出电压。
根据公式,可得:平均电感电流 = (最大电感电流 + 最小电感电流) / 2= [(1.2 × 220) / (1.2 + 0.1) + (1.2 × 220) / (1.2 - 0.1)] / 2= 110A输出电压 = 输入电压×平均电感电流= 220V × 110A= 24200V因此,该开关电源系统的输出电压为 24200V。
开关电源常用公式汇总

开关电源设计中最常用的几大计算公式汇总一、MOSFET开关管工作的最大占空比Dmax:式中:Vor为副边折射到原边的反射电压,当输入为AC 220V时反射电压为135V;VminDC为整流后的最低直流电压;VDS为MOSFET功率管导通时D与S极间电压,一般取10V。
二、变压器原边绕组电流峰值IPK为:式中:η为变压器的转换效率;Po为输出额定功率,单位为W。
三、变压器原边电感量LP:式中:Ts为开关管的周期(s);LP单位为H。
式中:Ae为磁芯的有效截面积(cm2);△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T);Lp单位取H,IPK单位取A,lg单位为mm。
五、变压器磁芯反激式变换器功率通常较小,一般选用铁氧体磁芯作为变压器磁芯,其功率容量AP为式中:AQ为磁芯窗口面积,单位为cm2;Ae为磁芯的有效截面积,单位为cm2;Po是变压器的标称输出功率,单位为W;fs为开关管的开关频率;Bm为磁芯最大磁感应强度,单位为T;δ为线圈导线的电流密度,通常取200~300A/cm2,η是变压器的转换效率;Km为窗口填充系数,一般为0.2~0.4;KC为磁芯的填充系数,对于铁氧体为1.0。
根据求得的AP值选择余量稍大的磁芯,一般尽量选择窗口长宽之比较大的磁芯,这样磁芯的窗口有效使用系数较高,同时可以减少漏感。
六、变压器原边匝数NP:式中:△B为磁芯工作磁感应强度变化值(T),Ae单位为cm2,Ts单位为s。
式中:VD为变压器二次侧整流二极管导通的正向压降。
八、功率开关管的选择开关管的最小电压应力UDS一般选择DS间击穿电压应比式(9)计算值稍大的MOSFET功率管。
九、绕组电阻值R:式中:MUT为平均每匝导线长度(cm);N为导线匝数;为20℃时导线每cm的电阻值(μΩ)。
十、绕组铜耗PCU为:原、副边绕组电阻值可通过求绕组电阻值R的公式求出,当求原边绕组铜耗时,电流用原边峰值电流IPK 来计算;求副边绕组铜耗时,电流用输出电流Io来计算。
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《开关电源》笔记三种基础拓扑(buck boost buck-boost )的电路基础: 1, 电感的电压公式dtdILV ==T I L ∆∆,推出ΔI =V ×ΔT/L2, sw 闭合时,电感通电电压V ON ,闭合时间t ON sw 关断时,电感电压V OFF ,关断时间t OFF3, 功率变换器稳定工作的条件:ΔI ON =ΔI OFF 即,电感在导通和关断时,其电流变化相等。
那么由1,2的公式可知,V ON =L ×ΔI ON /Δt ON ,V OFF =L ×ΔI OFF /Δt OFF ,则稳定条件为伏秒定律:V ON ×t ON =V OFF ×t OFF4, 周期T ,频率f ,T =1/f ,占空比D =t ON /T =t ON /(t ON +t OFF )→t ON =D/f =TD→t OFF =(1-D )/f电流纹波率r P51 52r =ΔI/ I L =2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值ΔI =E t /L μH E t =V ×ΔT (时间为微秒)为伏微秒数,L μH 为微亨电感,单位便于计算 r =E t /( I L ×L μH )→I L ×L μH =E t /r →L μH =E t /(r* I L )都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适,具体见 P53电流纹波率r =ΔI/ I L =2I AC /I DC 在临界导通模式下,I AC =I DC ,此时r =2 见P51 r =ΔI/ I L =V ON ×D/Lf I L =V O FF×(1-D )/Lf I L →L =V ON ×D/rf I L 电感量公式:L =V O FF×(1-D )/rf I L =V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面:A,I PK =(1+r/2)×I L ≤开关管的最小电流,此时r 的值小于0.4,造成电感体积很大。
B,保证负载电流下降时,工作在连续导通方式P24-26,最大负载电流时r ’=ΔI/ I LMAX ,当r =2时进入临界导通模式,此时r =ΔI/ I x =2→负载电流I x =(r ’ /2)I LMAX 时,进入临界导通模式,例如:最大负载电流3A ,r ’=0.4,则负载电流为(0.4/2)×3=0.6A 时,进入临界导通模式避免进入临界导通模式的方法有1,减小负载电流2,减小电感(会减小ΔI ,则减小r )3,增加输入电压 P63电感的能量处理能力1/2×L ×I 2电感的能量处理能力用峰值电流计算1/2×L ×I 2PK ,避免磁饱和。
确定几个值:r 要考虑最小负载时的r 值 负载电流I L I PK 输入电压范围V IN 输出电压V O最终确认L 的值基本磁学原理:P71――以后花时间慢慢看《电磁场与电磁波》用于EMC 和变压器 H 场:也称磁场强度,场强,磁化力,叠加场等。
单位A/mB 场:磁通密度或磁感应。
单位是特斯拉(T )或韦伯每平方米Wb/m 2恒定电流I 的导线,每一线元dl 在点p 所产生的磁通密度为dB =k ×I ×dl ×a R /R 2 dB 为磁通密度,dl 为电流方向的导线线元,a R 为由dl 指向点p 的单位矢量,距离矢量为R ,R 为从电流元dl 到点p 的距离,k 为比例常数。
在SI 单位制中k =μ0/4π,μ0=4π×10-7H/m 为真空的磁导率。
则代入k 后,dB =μ0×I ×dl ×R/4πR 3 对其积分可得B =340R CRIdl ⨯⎰πμ 磁通量:通过一个表面上B 的总量 Φ=⎰•SB ds ,如果B 是常数,则Φ=BA ,A 是表面积H =B/μ→B =μH ,μ是材料的磁导率。
空气磁导率μ0=4π×10-7H/m 法拉第定律(楞次定律):电感电压V 与线圈匝数N 成正比与磁通量变化率 V =N ×d Φ/dt =NA ×dB/dt线圈的电感量:通过线圈的磁通量相对于通过它的电流的比值L=H*N Φ/I 磁通量Φ与匝数N 成正比,所以电感量L 与匝数N 的平方成正比。
这个比例常数叫电感常数,用A L 表示,它的单位是nH/匝数2(有时也用nH/1000匝数2)L=A L *N 2*10-9H 所以增加线圈匝数会急剧增加电感量若H 是一闭合回路,可得该闭合回路包围的电流总量⎰Hdl =IA ,安培环路定律结合楞次定律和电感等式dtdILV =可得到 V =N ×d Φ/dt =NA ×dB/dt =L ×dI/dt 可得功率变换器2个关键方程: ΔB =L ΔI/NA 非独立电压方程 →B =LI/NAΔB =V Δt/NA 独立电压方程 →B AC =ΔB/2=V ON ×D/2NAf 见P72-73N 表示线圈匝数,A 表示磁心实际几何面积(通常指中心柱或磁心资料给出的有效面积Ae ) B PK =LI PK /NA 不能超过磁心的饱和磁通密度由公式知道,大的电感量,需要大的体积,否则只增加匝数不增加体积会让磁心饱和 磁场纹波率对应电流纹波率r r =2I AC /I DC =2B AC /B DCB PK =(1+r/2)B DC →B DC =2B PK /(r +2)B PK =(1+2/r )B AC →B AC =r B PK /(r +2)→ΔB =2 B AC =2r B PK /(r +2) 磁心损耗,决定于磁通密度摆幅ΔB ,开关频率和温度 磁心损耗=单位体积损耗×体积,具体见P75-76Buck电路电容的输入输出平均电流为0,在整个周期内电感平均电流=负载平均电流,所以有:5,I L=I o6,二极管只在sw关断时流过电流,所以I D=I L×(1-D)7,则平均开关电流I sw=I L×D8,由基尔霍夫电压定律知:Sw导通时:V IN=V ON+V O+V SW →V ON=V IN-V O-V SW≈V IN-V O假设V SW相比足够小V O=V IN-V ON-V SW≈V IN-V ONSw关断时:V OFF=V O+V D →V O=V OFF-V D≈V OFF 假设V D相比足够小9,由3、4可得D=t ON/(t ON+t OFF)=V OFF/(V OFF+V ON)由8可得:D=V O/{(V IN-V O)+V O}D=V O/ V IN10,直流电流I DC=电感平均电流I L,即I DC≡I L=I o见511,纹波电流I AC=ΔI/2=V IN(1-D)D/ 2Lf=V O(1-D)/2Lf由1,3、4、9得,ΔI=V ON×t ON/L=(V IN-V O)×D/Lf=(V IN-DV IN)×D/Lf=V IN(1-D)D/ LfΔI/ t ON=V ON/L=(V IN-V O)/LΔI=V OFF×t OFF/L=V O T(1-D)/L=V O(1-D)/LfΔI/ t OFF=V OFF/L=V O/L12,电流纹波率r=ΔI/ I L=2I AC/I DC在临界导通模式下,I AC=I DC,此时r=2 见P51r=ΔI/ I L=V ON×D/Lf I L=(V IN-V O)×D/Lf I L=V OFF×(1-D)/Lf I L=V O×(1-D)/Lf I L13,峰峰电流I PP=ΔI=2I AC=r×I DC=r×I L14,峰值电流I PK=I DC+I AC=(1+r/2)×I DC=(1+r/2)×I L=(1+r/2)×I O最恶劣输入电压的确定:V O、I o不变,V IN对I PK的影响:D=V O/ V IN V IN增加↑→D↓→ΔI↑, I DC=I O,不变,所以I PK↑要在V IN最大输入电压时设计buck电路p49-51例题:变压器的电压输入范围是15-20v,输出电压为5v,最大输出电流是5A。
如果开关频率是200KHZ,那么电感的推荐值是多大?解:也可以用伏微秒数快速求解,见P69(1)buck电路在V INMAX=20V时设计电感(2)由9得到D=V O/ V IN=5/20=0.25(3)L=V O×(1-D)/ rf I L=5*(1-0.25)/(0.4*200*103*5)=9.375μH(4)I PK=(1+r/2)×I O=(1+0.4/2)*5=6A(5)需要9.375μH 6A附近的电感例题:buck变换器,电压输入范围是18-24v,输出电压为12v,最大负载电流是1A。
期望电流纹波率为0.3(最大负载电流处),假设V SW=1.5V,VD=0.5V,并且f=150KHz。
那么选择一个产品电感并验证这些应用。
解:buck电路在最大输入电压V IN=24V时设计15,二极管只在sw关断时流过电流=负载电流,所以I D=I L×(1-D)=I O16,则平均开关电流I sw=I L×D17,由基尔霍夫电压定律知:Sw导通时:V IN=V ON+V SW →V ON=V IN-V SWV ON≈V IN假设V SW相比足够小Sw关断时:V OFF+V IN=V O+V D →V O=V OFF+V IN-V DV O≈V OFF+V IN假设V D相比足够小V OFF=V O+V D-V INV OFF≈V O-V IN18,由3、4可得D=t ON/(t ON+t OFF)=V OFF/(V OFF+V ON)由17可得:D=(V O-V IN)/{(V O-V IN)+V IN }=(V O-V IN)/ V O→V IN=V O×(1-D)19,直流电流I DC=电感平均电流I L,即I DC=I O/(1-D)20,纹波电流I AC=ΔI/2=V IN×D/2Lf=V O(1-D)D/2Lf由1,3、4、17,18得,ΔI=V ON×t ON/L=V IN×TD/L=V IN×D/LfΔI/ t ON=V ON/L=V IN/LΔI=V OFF×t OFF/L=(V O-V IN)T(1-D)/L=V O(1-D)D/LfΔI/ t OFF=V OFF/L=(V O-V IN)/L21,电流纹波率r=ΔI/ I L=2I AC/I DC在临界导通模式下,I AC=I DC,此时r=2 见P51r=ΔI/ I L=V ON×D/Lf I L=V OFF×(1-D)/Lf I L→L=V ON×D/rf I Lr=V ON×D/Lf I L=V IN×D/Lf I L=V OFF×(1-D)/Lf I L=(V O-V IN)×(1-D)/Lf I L电感量公式:L=V OFF×(1-D)/rf I L=V ON×D/rf I Lr的最佳值为0.4,见P5222,峰峰电流I PP=ΔI=2I AC=r×I DC=r×I L23,峰值电流I PK=I DC+I AC=(1+r/2)×I DC=(1+r/2)×I L=(1+r/2)×I O/(1-D)最恶劣输入电压的确定:要在V IN最小输入电压时设计boost电路p49-51例题:输入电压范围12-15V,输出电压24V,最大负载电流2A,开关管频率分别为100KHz、200KHz、1MHz,那么每种情况下最合适的电感量分别是多少?峰值电流分别是多大?能量处理要求是什么?解:只考虑最低输入电压时,即V IN=12V时,D=(V O-V IN)/ V O=(24-12)/24=0.5I L=I O/(1-D)=2/(1-0.5)=4A若r=0.4,则I PK=(1+r/2)×I L=(1+0.5/2)×4=4.8A电感量L=V ON×D/rI L f=12*0.5/0.4*4*100*1000=37.5μH=37.5*10-6Hf=200KHz L=18.75μH,f=1MHz L=3.75μH24,二极管只在sw关断时流过电流=负载电流,所以I D=I L×(1-D)=I O25,则平均开关电流I sw=I L×D26,由基尔霍夫电压定律知:Sw导通时:V IN=V ON+V SW →V ON=V IN-V SW≈V IN假设V SW相比足够小Sw关断时:V OFF=V O+V D →V O=V OFF-V D≈V OFF 假设V D相比足够小V OFF≈V O27,由3、4可得D=t ON/(t ON+t OFF)=V OFF/(V OFF+V ON)由26可得:D=V O/(V O+V IN)→V IN=V O×(1-D)/D28,直流电流I DC=电感平均电流I L,即I DC≡I L=I O /(1-D)29,纹波电流I AC=ΔI/2=V IN×D/2Lf=V O(1-D)/2Lf由1,3、4、26,27得,ΔI=V ON×t ON/L=V IN×TD/L=V IN×D/LfΔI/ t ON=V ON/L= V IN/LΔI=V OFF×t OFF/L=V O T(1-D)/L=V O(1-D)/LfΔI/ t OFF=V OFF/L=V O/L30,电流纹波率r=ΔI/ I L=2I AC/I DC在临界导通模式下,I AC=I DC,此时r=2 见P51r=ΔI/ I L=V ON×D/Lf I L=V OFF×(1-D)/Lf I L→L=V ON×D/rf I Lr=V ON×D/Lf I L=V IN×D/Lf I L r=V OFF×(1-D)/Lf I L= V O×(1-D)/Lf I L31,峰峰电流I PP=ΔI=2I AC=r×I DC=r×I L32,峰值电流I PK=I DC+I AC=(1+r/2)×I DC=(1+r/2)×I L=(1+r/2)×I O /(1-D)最恶劣输入电压的确定:要在V IN最小输入电压时设计buck-boost电路p49-51第3章离线式变换器设计与磁学技术在正激和反激变换器中,变压器的作用:1、电网隔离2、变压器“匝比”决定恒比降压转换功能。