2種降壓型DC-DC變換器的工作原理
在電子電路領(lǐng)域，降壓型DC-DC 變換器是實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換、滿足不同電子設(shè)備電壓需求的重要元件。相關(guān)技術(shù)人員對(duì)非同步和同步降壓型 DC-DC 變換器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
非同步降壓型DC-DC 變換器
非同步降壓型DC-DC 變換器是一種常見(jiàn)的電壓轉(zhuǎn)換電路，其基本組成部分包括功率管（絕緣柵雙極型晶體管 IGBT）、二極管、片外電感、輸出電容和負(fù)載電阻等。在這個(gè)電路中，功率管 Mp 和二極管 D 交替導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)電壓的降壓轉(zhuǎn)換。
圖1 非同步降壓型 DC-DC 變換器
當(dāng)功率管Mp 導(dǎo)通時(shí)，VSW = VIN，此時(shí)二極管 D 反偏截止，無(wú)電流通過(guò)。此時(shí)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等效如圖 2 所示。
圖2 非同步降壓型 DC-DC 變換器等效圖（Mp 導(dǎo)通）
從圖2 可以看出，電感電流在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)以恒定的斜率上升。根據(jù)電路原理，電感電流的上升量可以通過(guò)公式計(jì)算得出。
電感電流上升量計(jì)算公式
當(dāng)功率管Mp 關(guān)斷時(shí)，由于電感電流的連續(xù)性，二極管 D 會(huì)導(dǎo)通，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等效如圖 3 所示。
圖3 非同步降壓型 DC-DC 變換器等效圖（Mp 關(guān)斷）
在忽略二極管上的非理想壓降的情況下，電感兩端的電壓可以確定。功率管關(guān)斷的時(shí)間內(nèi)，電感電流以恒定的斜率下降，其下降量也可以通過(guò)相應(yīng)公式計(jì)算。
電感兩端電壓計(jì)算公式
電感電流下降量計(jì)算公式
在CCM（連續(xù)導(dǎo)通模式）下，變換器終工作在穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)電感電流下降量和上升量相等。通過(guò)這個(gè)關(guān)系，我們可以得到輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。
電感電流下降量和上升量相等公式
輸出電壓與輸入電壓關(guān)系公式
同步降壓型DC-DC 變換器
在實(shí)際應(yīng)用中，非同步降壓型DC-DC 變換器中輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系需要考慮二極管的壓降。二極管的壓降會(huì)引入功率損耗，降低整體的效率。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們采用 NMOS 功率管代替二極管 D，形成了同步降壓型 DC-DC 變換器。
圖4 同步降壓型 DC-DC 變換器
功率管的漏源電壓比二極管壓降小得多，基本上可以忽略不計(jì)。這樣一來(lái)，同步降壓型DC-DC 變換器的輸入輸出電壓關(guān)系更接近于理想情況，大大提高了電路的效率。
綜上所述，非同步和同步降壓型DC-DC 變換器各有特點(diǎn)。非同步降壓型 DC-DC 變換器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但存在二極管壓降帶來(lái)的功率損耗問(wèn)題；而同步降壓型 DC-DC 變換器通過(guò)采用 NMOS 功率管，有效降低了功率損耗，提高了效率。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和性能要求，選擇合適的降壓型 DC-DC 變換器。
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