1没有电容,a点的波形图
上图中,把所有器件都想象为理想状态下,开关s1闭合和断开的过程,流过l1的电流的波形是怎样的?
(1)开关闭合时,电流开始升高:
根据电感公式,得:电流变化率 = vin / l = 15 / l。
(2)电路稳定时,也就是电流变化率为0,l1两端的电压为0.
(3)开关断开时,d1把电感两端的电压钳位在0.7v,因为b点为地,是0v,所以a点就是-0.7v;根据电感公式,得:电流变化率 = -0.7 / l。
从这里可以看出,上升的斜率比下降的斜率大,所以波形如下图所示:
可以看出电流是失控的,会一直增大。只有当电流的上升频率和下降频率相同时,开关电源才能维持稳定的电压。
2有电容,a点的波形图
(1)导通瞬间,电流直接流过c1,负载被短路,相当于15v直接接在l1中,此时电流上升斜率 = 15 / l。如果此时断开开关,因为是突然断开,是高频信号,会直接将电容c1短路,所以电感两端的电压和d1两端的电压相等(二极管将电压钳位在0.7v)。电流下降斜率 = 0.7 / l。
(2)随着导通的进行,开始对c1充电,假设充电到2v。vc为2v,那么电感两端电压为15 - 2 = 13v,此时电流上升斜率 = 13 / l。如果此时断开开关,c1两端电压为2v,二极管两端的电压为-0.7v,所以电感两端必须为2.7v,此时电流下降斜率 = 2.7 / l。
从这里可以看出,电感电流上升过程中,斜率逐渐变小,由最开始的15 / l,到后来的13 / l;电感电流下降过程中,斜率逐渐变大,由最开始的0.7v / l,到后来的2,7 / l。
通过上述分析(这里不好理解):加了一个电容后,电感电流的上升斜率和下降斜率达到一个平衡(最终相等)。总之,上图所示的电路图,只要开关s1开和关的频率固定,a点电压几乎非常稳定。
3稳定a点电压的方法
只要起点和终点一样,a点电压就非常稳定。
(1)上升频率和下降频率相同,可以使输出稳定。
(2)上升频率比下降频率高,但下降时间更长。
(3)上升频率比下降频率低,但下降时间短。
4电感工作模式
因为电感是和负载串联的,所以电感上的电流大小就是负载中的电流大小。
(1)连续模式
中间蓝色的线对应的电流值,就是电感输出的平均电流。电感电流的峰峰值都不为0,称为连续模式,也简称ccm。这种模式最常用。
(2)临界模式
电流的下峰值为0,称为临界模式,因为是连续的,也可以称为临界连续模式,简称bcm。
(3)断续模式
电流下降到0后,过一段时间电流才开始上升。也就是一个周期中,有一段时间电流为0,这种模式称为断续模式,简称dcm。
一般是让电感工作在连续模式,系统比较稳定。
5伏秒法
要怎样才能让系统输出稳定电压呢?也就是电感不会失控?只要保证以下公式成立即可:
上升的△v * △t = 下降的△v * △t
电流上升时电压的变化量 * 时间 = 电流下降时电压的变化量 * 时间,开通时电压和时间的积分要和关断时候的积分相等。因为是电压乘以时间,所以被称为伏秒法。
只要红色的面积和绿色的面积相等,就能保证电感输出稳定的电流。
当时大多数情况下,上升的△v和下降的△v不相等,所以需要调节开关的导通和关断时间,让两者和时间相乘后相等,乘积相等即可,满足伏秒法则,电感工作就比较稳定。
6总结
(1)感应电压的大小与电流的大小无关,只和电流的变化率有关。
(2)对于buck电路而言,因为电感和负载串联,所以电感的电流和负载电流相同,并且因为流过电感的电流是有纹波的,所以这里说的是电感的平均电流。
(3)对于连续工作模式下的电感,电感的平均电流位于电流波形图的几何中心,也就是下图的蓝色部分。
本文来源:csdn博主开继电子
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