淺談buck電路占空比與輸出電流有何關聯?
發布時間:2015-07-30 責任編輯:echolady
【導讀】初學者一向對buck電路的設計頗感頭疼。本文簡要說明了buck電路中占空比語輸出電流之間的關聯性。列舉實例說明了buck電路中最大輸出電流的全方位解析。
首先我們先來看下例子,在buck電路中連續模式下,輸出電壓Vo=輸入電壓Vdc×占空比D。假定Vdc,Vo均(jun)為(wei)定(ding)值(zhi),那(na)麼(me)占(zhan)空(kong)比(bi)也(ye)必(bi)然(ran)是(shi)恒(heng)定(ding)值(zhi)。如(ru)果(guo)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)突(tu)然(ran)變(bian)大(da),應(ying)該(gai)是(shi)需(xu)要(yao)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)變(bian)大(da),占(zhan)空(kong)比(bi)增(zeng)大(da),從(cong)而(er)使(shi)得(de)電(dian)感(gan)存(cun)儲(chu)更(geng)多(duo)的(de)能(neng)量(liang)才(cai)對(dui)。
但矛盾的是,此處占空比雖然增大,但輸出電壓不是會改變嗎?網絡上的說法是,負載電流突然變大後,占空比先增大後減小,最後是輸入電流Idc增大使輸出電流增大,那麼這種說法正確嗎?假如是對的,那麼buck電路的最大輸出電流是怎麼確定的呢?
下麵我們就來一一分析,例子中列出的Vo=輸入電壓Vdc×占空比D僅僅是理論理想公式,如果想要計入開關的損耗和電感損耗,實際輸出將是輸出/輸入不變下,PWM隨電流而變。
關於瞬態電流,原則上隻進行電應力計算,不做熱應力考核。關於穩態電流,需要做電應力/熱(re)應(ying)力(li)考(kao)核(he)。可(ke)以(yi)看(kan)出(chu),對(dui)於(yu)電(dian)源(yuan)的(de)最(zui)大(da)電(dian)流(liu),不(bu)是(shi)一(yi)個(ge)值(zhi),而(er)是(shi)一(yi)組(zu)數(shu)據(ju)。它(ta)們(men)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)考(kao)核(he)不(bu)同(tong)指(zhi)標(biao)。理(li)想(xiang)恒(heng)壓(ya)模(mo)式(shi)下(xia),改(gai)變(bian)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu),輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)增(zeng)大(da),所(suo)以(yi)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)也(ye)會(hui)增(zeng)大(da)的(de)。當(dang)在(zai)恒(heng)壓(ya)模(mo)式(shi)下(xia),輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)不(bu)變(bian),占(zhan)空(kong)比(bi)是(shi)不(bu)會(hui)變(bian)的(de)。
BUCK的(de)電(dian)感(gan),實(shi)際(ji)上(shang)並(bing)不(bu)是(shi)人(ren)們(men)口(kou)中(zhong)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi),能(neng)量(liang)不(bu)是(shi)由(you)電(dian)感(gan)全(quan)部(bu)儲(chu)存(cun)然(ran)後(hou)傳(chuan)遞(di)的(de)。按(an)照(zhao)例(li)子(zi)中(zhong)的(de)假(jia)設(she),輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)突(tu)然(ran)變(bian)大(da),輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)是(shi)變(bian)大(da),輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)也(ye)變(bian)大(da),但(dan)這(zhe)個(ge)增(zeng)加(jia)的(de)功(gong)率(lv)不(bu)是(shi)由(you)電(dian)感(gan)儲(chu)存(cun)的(de)能(neng)量(liang)提(ti)供(gong)的(de)。但(dan)這(zhe)個(ge)增(zeng)加(jia)的(de)功(gong)率(lv)不(bu)是(shi)由(you)電(dian)感(gan)儲(chu)存(cun)的(de)能(neng)量(liang)提(ti)供(gong)的(de)。
有人會覺得迷惑,buck電路不是在mosfet導通階段嗎,輸入電流可以直接給輸出供電,不僅僅對電感充電?如果這樣,那如果占空比很小的情況,比如310V轉15V的時候,輸出的電流基本上都是電感儲存的能量嗎?
實際上這裏指的是電感傳遞的能量占輸出總能量的大小,比例的問題則需要舉例說明,即使是310V轉15V,隻要電感電流連續,輸出1A跟輸出10A,電感傳遞能量不變還是電感傳遞能量占總輸出的比例不變。
電壓模式的buck電路對電流沒有限定。所以要額外增加過流保護。否則發生短路時,電流會很大,直至燒毀開關管。電流模式的buck,本身自帶有限流功能。
理(li)論(lun)上(shang),如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)元(yuan)器(qi)件(jian)在(zai)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)時(shi)的(de)壓(ya)降(jiang)變(bian)化(hua),那(na)麼(me)當(dang)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)時(shi),占(zhan)空(kong)比(bi)就(jiu)不(bu)變(bian),在(zai)開(kai)關(guan)管(guan)開(kai)通(tong)時(shi)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)也(ye)增(zeng)加(jia),這(zhe)時(shi)候(hou)電(dian)感(gan)中(zhong)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)也(ye)增(zeng)加(jia)了(le),存(cun)儲(chu)的(de)能(neng)量(liang)也(ye)在(zai)增(zeng)加(jia),續(xu)流(liu)時(shi)對(dui)外(wai)供(gong)能(neng)量(liang)。電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)的(de)限(xian)製(zhi)應(ying)該(gai)是(shi)所(suo)選(xuan)元(yuan)器(qi)件(jian)和(he)線(xian)路(lu)的(de)傳(chuan)遞(di)電(dian)流(liu)及(ji)散(san)熱(re)能(neng)力(li)決(jue)定(ding)的(de),還(hai)有(you)電(dian)源(yuan),如(ru)考(kao)慮(lv)實(shi)際(ji)中(zhong)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)時(shi)各(ge)處(chu)壓(ya)降(jiang),占(zhan)空(kong)比(bi)肯(ken)定(ding)會(hui)有(you)變(bian)化(hua)去(qu)補(bu)償(chang)壓(ya)降(jiang)。
負載變化輸出電壓是不會變化的,因為輸出電壓是受到運放的基準源控製的。也就是說輸出電壓被“鉗位”了。調節負載,的確會改變占空比。在這裏占空比的變化隻是改變“電感的充電時間”,輸出端要的電流量(功率)變化了,那麼輸入端給的電流量(功率)也相應的變化了,可以通過鉗形電流表檢測能看出他們之間的變化。
在理想情況下,占空比是要先增大,使得電感電流漲上去,然後再恢複原來的占空比。實際中,電源內阻、輸入線路內阻、MOS內阻、電感內阻、續流二極管壓降這些不理想因數都在影響著占空比。
本篇文章通過實例從各個方麵對buck電路中的最大輸出電流確定,以及最大輸出電流與占空比之間的聯係進行了講解,希望大家在閱讀過本篇文章之後能夠有所收獲。
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