DC-DC电源详解.pdf

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1、DC/DC电源详解FAENAME：CARY.CHENTAD1.DC/DC概述2.电源系统设计指标3.开关电源的基本分析4.开关电源的拓朴结构5.小结概述二.理想直流变换器应有的参数性能1.输入输出端的电压均为平滑的直流电压，无交流谐波的分量2.输出阻抗为零3.快速动态响应，抑制能力强4.高效率，小型化三.常用的DC/DC电源方案1.线性电源。主要应用于对发热和效率要求不高的应用场合，线性电源的效率通常在35%to50%之间2.脉宽调制（PWM）开关电源。在使用时具有比线性电源更高的效率和灵活性3.高效率的谐振开关电源。

2、由基本的PWM开关电源演变而来，主要应用于高效率和对电磁干扰有特别要求的场合电源系统设计指标输入电压Vin(nom)：产品的正常输入电压Vin(max)：产品的最高输入电压Vin(min)：产品的最低输入电压频率：直流，50，60，400Hz等浪涌电压：输入电压超出Vin(max)的时间段，电源必须能够承受这个浪涌电压，正常工作瞬态电压：具有很高的电压尖峰（包括正与负尖峰），这是输入电源系统的特征输入电流Iin(max)：最大平均输入电流。它的最大极限值可以由安全管理机构来定义。输出电压Vout(rated)：额定输出

3、电压（理想输出电压）Vout(min)：保证负载不被切断的最小输出电压。Vout(max)：保证负载线路正常运行的最大输出电压。Vout(abs)：负载遭到破坏时的极限电压。电压纹波：这是峰-峰值电压，它的频率和大小应该能被负载所接受输出电流Iout(retad)：额定输出电流。Iout(min)：在正常运行情况下，最小的输出电流。Iout(max)：负载的瞬态承受的输出电流。Isc：负载短路时的最大极限电流。电源系统设计指标动态负载响应时间当加上阶跃负载时，电源系统响应需要的时间电压调整率输入电压变化时，输出电压的变

4、化率，即：电压调整率=（最高输出电压-最低输出电压）/额定输出电压X100%负载调整率负载电流从半载到额定负载时，输出电压的变化率，即：负载调整率=（满载时输出电压-半载时输出电压）/额定负载时输出电压X100%总效率这将决定系统有多少热量产生，以及在结构设计时是否应考虑采用散热片。总效率=输出功率/输入功率X100%开关电源的基本分析开关电源的基本元件：二极管(Diode)有源开关(Switch)电感(Inductor)电容器(Capacitor)变压器(Transformer)开关电源的基本分析电容的基本方程+1d

5、u(t)i(t)u(t)i(t)=-Cdt1.当一电流流经电容,电容两端的电压逐渐增加,并且电容量越大电壓增加越慢.I+ItCUU=-C2.在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零。I+AB面积A=面积BI-开关电源的基本分析电感的基本方程i(t)di(t)u(t)=Ldt+u(t)-1.当一电感突然加上一个电压时,其中的电流逐渐增加,并且电感量越大电流增加越慢.UIUtLI=L2.当一电感上的电流突然中断,在其两端会产生一瞬时高压,并且电感量越大该电压越高I+LIU=LU∆t-开关电源的基本分析电感的伏秒

6、平衡原则：di(t)u(t)=LV+dtu(t)t11V(t−t)V-+10∆I=u(t)dt=+∫∆I+∆I−LtL0i(t)t2t0t1t21V−(t2−t1)∆I=u(t)dt=−∫LLt1对稳定状态∆I=∆IV(t−t)=V(t−t)+−+10−21伏秒平衡原则:在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值.V+V+ABAB面积A=面积BV-V-开关电源的基本分析分析开关电源中电容和电感的几条原则：1.电容两端的电压不能突变(当电容足够大时,可认为其电压不变)。2.电感中的电流不能突变(当电感足够大时,

7、可认为其电流恒定不变)。3.流经电容的电流平均值在一个开关周期内为零。4.电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。两个有用的公式：1du(t)恒流充电C:i(t)=C*∆U=I*TCdtdi(t)恒压储能L:u(t)=LL*∆I=U*Tdt开关电源的拓朴结构三种基本的非隔离开关电源DLVoIoSVinVo=Vin*DVoVin,升压型电路DLVoVoVin当D>0.5S2D升降压

8、型电路BUCK电路工作原理分析DLVoTIoSSD1-DVinVin-VoUL-Vo根据L的伏秒平衡原则：∆IIoLIo(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin*DIs根据L在1-D时间的基本方程：L*ΔIo=Vo*(1-D)TΔIo=Vo*(1-D)T/LBUCK电路工作原理分析VsatDLVoVinIoSUDVi