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充電器開(kāi)關(guān)變換器工作原理

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充電器開(kāi)關(guān)變換器工作原理

6w電源適配器降壓變換器

圖表示典型降壓變換器功率級(jí)的一般結(jié)構(gòu)。

開(kāi)關(guān)元件Q1的開(kāi)和關(guān)由方波驅(qū)動(dòng)電路給出的開(kāi)關(guān)率可調(diào)(占空比控制)的信號(hào)來(lái)控制。

Q1導(dǎo)通時(shí),A點(diǎn)的電壓將上升到充電器電壓Vin。穩(wěn)態(tài)條件下,Vin=Vout的正向電壓加在串聯(lián)電感繞組L1上,Q1導(dǎo)通期間該電感繞組中的電流線(xiàn)性增長(zhǎng)。電流波形如圖所示。

Q1關(guān)斷時(shí),電感繞組試圖維持正向電流恒定,A點(diǎn)的電壓快速變負(fù)(通過(guò)正常的反激作用),直到二極管D1導(dǎo)通。L1中的電流繼續(xù)按原方向繞著回路B和負(fù)載流動(dòng)。可是由于電感繞組L1兩端的電壓已經(jīng)反向(Vout加上二極管反向壓降),在關(guān)斷期間L1中的電流將線(xiàn)性減小到原來(lái)值。

為維持穩(wěn)態(tài)條件,正向時(shí)(Q1導(dǎo)通時(shí))加到電感繞組的輸入伏秒必須等于反向時(shí)(Q關(guān)斷時(shí))所加的輸出伏秒。因此輸出電壓由輸入電壓和導(dǎo)通與關(guān)斷的比率來(lái)確定。

經(jīng)驗(yàn)證,Q1導(dǎo)通時(shí),加在L1上的伏秒是

Q1關(guān)斷時(shí),二極管導(dǎo)通,加在L1上的伏秒是

因此,為滿(mǎn)足L1上的伏秒相等(忽略損耗),

 

 

式中,Vout=輸出電壓;

toff=關(guān)斷時(shí)間,Q1;

Vin=輸入電壓;

ton=導(dǎo)通時(shí)間,Q1

其比率

 

定義為占空比D,則前面的等式可簡(jiǎn)寫(xiě)成

Vout=VinD

由于D不能大于1,從這個(gè)把損耗計(jì)算在內(nèi)的等式可以清楚地知道,在降壓變換器中,輸出電壓必須總是小于所加的輸入電壓。

 

由于L1D1上的功率損耗非常小,并且Q1工作于低損耗的飽和導(dǎo)通狀態(tài)或高阻的關(guān)斷狀態(tài),故該DC變換器的效率特別高。

從先前的等式可進(jìn)一步看出,傳遞函數(shù)中不含有與輸出電流有關(guān)的因素,因此降壓變換器的輸出阻抗特別低。在一階系統(tǒng)中(忽略損耗),無(wú)需改變占空比就可提供更大的輸出電流。可只是當(dāng)負(fù)載電流不低于臨界最小值時(shí)才是這樣,圖中較低的波形表示了這種情況。臨界最小負(fù)載電流由電感繞組L1的值確定。

雖然允許在臨界最小負(fù)載電流之下工作,由于此時(shí)占空比必須隨負(fù)載的變化而改變,所以會(huì)降低某些預(yù)期的性能。再有,在低電流不連續(xù)工作區(qū),功率部分的輸出電阻變高傳遞函數(shù)已經(jīng)改變。如果要維持該區(qū)域的工作穩(wěn)定,控制電路必須能夠補(bǔ)償傳遞函數(shù)的這些變化。

在多輸出變換器中通常用這種降壓變換器提供附加的副邊調(diào)節(jié)。這種情況下,降壓變換器主要用來(lái)同步開(kāi)關(guān)變換器的重復(fù)頻率與變換器的重復(fù)頻率,以消除輸出紋波中的低頻內(nèi)部調(diào)制影響(拍頻)。

為使常規(guī)的驅(qū)動(dòng)和控制電路用于多輸出電路的開(kāi)關(guān)變換器,最好是所有的變換器輸出在可能的位置共用一條返回線(xiàn)。

應(yīng)該注意到降壓變換器的輸入電流是斷續(xù)的(脈動(dòng)的),通常需要輸入濾波器。由于降壓變換器具有有效的負(fù)輸入電阻斜率(輸入電壓升高時(shí),輸入電流降低),設(shè)計(jì)者應(yīng)注意避免輸入濾波器諧振引起的不穩(wěn)定。低充電器阻抗對(duì)Q來(lái)說(shuō)是重要的,這樣Q1導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大電流,而輸入電壓幾乎維持不變。通常在盡可能接近Q集電極的位置接上一個(gè)大的、低ESR電容器,而輸入電感繞組可能需要一些電阻性阻尼。

 

類(lèi)型2,升壓變換器

圖表示升壓變換器功率部分的一般結(jié)構(gòu),工作如下。

Q1導(dǎo)通時(shí),手機(jī)充電器電壓加在串聯(lián)電感繞組L1上。穩(wěn)態(tài)條件下,L中的電流正向線(xiàn)性增長(zhǎng)。整流二極管D反向偏置且不導(dǎo)通。同時(shí)(穩(wěn)態(tài)條件下),電流從輸出電容器C流向負(fù)載。因此C1放電。電流波形如圖所示。

Q1關(guān)斷時(shí),L中的電流繼續(xù)同方向流動(dòng)并使A點(diǎn)的電壓為正。當(dāng)A點(diǎn)的電壓超過(guò)電容器C1上的輸出電壓時(shí),整流二極管D2將導(dǎo)通,電感繞組中的電流傳遞到輸出電容器和負(fù)載。由于輸出電壓超過(guò)充電器電壓,在Q1關(guān)斷期間,L1將反向偏置,L中的電流將向著它原來(lái)的值線(xiàn)性減小。

與降壓變換器不同,從整流二極管D流入輸出電容器C1的電流總是斷續(xù)的,如果要使輸出紋波電壓與降壓變換器中的輸出紋波電壓一樣低的話(huà),則需要更大的輸出電容器。C1中的紋波電流也很大。

對(duì)于升壓變換器的優(yōu)點(diǎn),輸入電流是連續(xù)的(雖然此處將有取決于電感L1的值的紋波成分),因此需要較小的輸入濾波,這消除了由輸入濾波器引起的不穩(wěn)定因素。

與降壓變換器一樣,為維持穩(wěn)態(tài)條件,加到L1兩端的正向和反向伏秒必須相等。輸出電壓V。由功率開(kāi)關(guān)的占空比和輸入電壓來(lái)控制,如下式。

經(jīng)驗(yàn)證(滿(mǎn)足L1上的伏秒相等),



但是

 


從該方程式可以看出攝像機(jī)電源適配器輸出電壓與負(fù)載電流無(wú)關(guān)(忽略損耗),并且輸出電阻非常低。同樣只是當(dāng)負(fù)載電流不低于圖中所示的臨界值時(shí)才是這樣。負(fù)載電流低于臨界值時(shí),占空比必須減小以維持輸出電壓不變。

同樣也應(yīng)注意到在升壓變換器中負(fù)載電流的突然增加需要導(dǎo)通期間隨之增加(為增加L中的電流和補(bǔ)償電壓損耗)??墒窃黾訉?dǎo)通時(shí)間將減小關(guān)斷時(shí)間,使輸出電壓隨之降低(與要求相反)直到L1中的電流增加到新的負(fù)載電流值。這在瞬態(tài)期間引入了一個(gè)附加的180°相移。這就是傳遞函數(shù)中存在右半平面的零點(diǎn)的原因。

通常L1值的選擇是要保證臨界電流低于所需要的最小負(fù)載電流,還有,L在最大負(fù)載和最大導(dǎo)通時(shí)間時(shí)不能飽和。


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| 發(fā)布時(shí)間:2018.10.25    來(lái)源:充電器廠(chǎng)家
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