開(kāi)關(guān)電源DC/DC

認(rèn)識(shí)DC/DC

DC/DC類開(kāi)關(guān)電源是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波器。
斬波器的工作方式有兩種:一是脈寬調(diào)制(PWM)方式T不變，改變頻率調(diào)制方式t(通用);二是頻率調(diào)制(PFM)方式t不變而改變T(易產(chǎn)生干擾)。
其具體的電路有以下幾類:
(1)Buck電路———降壓斬波器，其輸出平均電壓小于輸入電壓極性輸入/輸出相同。
(2)Boost電路———升壓斬波器，其輸出平均電壓大于輸入電壓極性輸入/輸出相同。
(3)Buck-Boost電路———降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓大于或小于輸入電壓，極性輸入/輸出相反，電感傳輸。
(4)Cuk電路———降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓大于或小于輸入電壓，極性輸入/輸出相反，電容傳輸。

判斷DC/DC的類型

可通過(guò)DCDC外部電感和二極管的接法來(lái)判斷DCDC的類型：
1>若二極管負(fù)向接SW，正向接地，且電感接SW和負(fù)載之間。則為降壓DCDC。
2>若電感接電源和SW之間，二極管正向接SW，負(fù)向接負(fù)載。則為升壓DCDC。
3>若電感接SW和地之間，二極管負(fù)向接SW，正向接負(fù)載。則為升降壓DCDC。
參考鏈接

交流電流

定義 IAC = △I/2 為交流電流，即電感的交流電流其實(shí)就是電感紋波電流的一半。

伏秒數(shù)和紋波電流的關(guān)系

根據(jù)電感公式 V = Ldi/dt 可得△I = V△t/L。由此可見(jiàn)電感電流的紋波值△I完全取決于伏秒數(shù)和電感量。伏秒數(shù)等于施于電感兩端的電壓乘于該電壓作用的時(shí)間。要計(jì)算伏秒數(shù)，可使用 VON乘以 tON，（其中 tON = D/f)得到，也可使用 VOFF乘以 tOFF（其中 tOFF = (1 – D)/f）得到。所以，對(duì)于一個(gè)給定的電感，討論它的伏秒數(shù)和討論它的紋波電流△I 其實(shí)是等效的。
紋波電流可以直觀地看作是單位電感量上的伏秒數(shù)。如果作用的伏秒數(shù)增加一倍，那么紋波電流（和交流部分）也增加一倍。如果電感增加一倍，那么紋波電流（和交流部分）減少一半。
另外，改變負(fù)載電流 IO不能夠改變△I，也就是說(shuō)，實(shí)際上 IO對(duì)電感的紋波電流沒(méi)有影響。負(fù)載電流 IO和濾波電感電流的平均值成比例。

直流電流

電感的直流電流也叫平均電流 IDC。

影響電感電流的情況

（1）改變電感 L 不會(huì)影響到 IDC。
（2）改變頻率 f 也不會(huì)影響到 IDC。
（3）對(duì)于 boost 和 buck-boost 電路，改變占空比或負(fù)載電流會(huì)影響 IDC。
（4）對(duì) buck 電路，改變 IDC的唯一方法就是改變負(fù)載電流。

電感紋波電流

buck 電路電感的平均電流等于負(fù)載電流
buck 電路，其輸出和電感串聯(lián)，因此電感的平均電流必須等于負(fù)載電流。這一點(diǎn)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較好理解。
boost 和 buck- boost 電路電感的平均電流與占空比有關(guān)
boost 和 buck- boost 電路，輸出與二極管串聯(lián)，所以二極管的平均電流等于負(fù)載電流。而二極管僅在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)傳遞能量到輸出端，在二極管導(dǎo)通時(shí)，二極管的平均電流等于電感的平均電流，因此，計(jì)算二極管在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的平均電流，就需要用電感電流乘以它的占空比(1 – D)，所以就可以推導(dǎo)出上述公式。
同樣，也可以通過(guò)極限法則，對(duì)此結(jié)論有感性的認(rèn)識(shí)。例如，如果使占空比降低接近于 0（即輸出和愉入電壓之間有很小的差值）就可使直流電流降低甚至接近負(fù)載電流。 但是，若占空比增加到接近于 1 時(shí)，電感電流就會(huì)急劇地增加。可以確定，在 boost 和 buck-boost 電路中 IDC總是大于 IO。
buck, boost 和 buck- boost 電路電感電流的平均電流和負(fù)載均成正比
所以，無(wú)論電感電流的初始值是多大，如果負(fù)載電流增加一倍（其他條件不變），那么電感電流中直流分量也增加一倍。所以，以占空比是 0.5 的 boost 電路為例，如果負(fù)載電流為 5A，IDC為 10A，那么負(fù)載電流增加到 10A 時(shí)，IDC隨之增加到 20A。

電流紋波率

電流紋波率

電流紋波率 r ,它表示的是電感的交流分量與直流分量的比例關(guān)系。

電流的紋波率 r 僅僅適用于CCM模式下，也就是在連續(xù)導(dǎo)通模式，且存在有效值范圍0-2。
（注：電感有三種工作模式，分別是斷續(xù)模式（DCM）、臨界連續(xù)模式（BCM）、連續(xù)模式（CCM））

電流紋波率的最佳值

不論是何種拓?fù)?，也不論變換器的開(kāi)關(guān)頻率及其應(yīng)用條件如何，r 取 0.3~0.5 之間的值是比較合適的。這個(gè)區(qū)間是基于變換器的應(yīng)力以及電感尺寸來(lái)考慮的。首先電感的尺寸是與其能量處理能力成正比的，也就說(shuō)能力處理能力越強(qiáng)的電感它的尺寸一般來(lái)講的話都會(huì)比較大。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)所有拓?fù)?、所有?yīng)用和所有開(kāi)關(guān)傾率，取電流紋波率為大約 0.4 均是合理的選擇。

電流紋波率與電感量的關(guān)系

對(duì)以上的公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：
公式①為電感紋波率公式，表示電感中IAC與IDC的關(guān)系。
公式②為電感中電流增加量與交流分量IAC的關(guān)系。
公式③為電感的感生電壓與電感量電流增量以及時(shí)間的關(guān)系式，是用來(lái)描述電感穩(wěn)態(tài)的重要方程。
公式④為公式③演變的公式，用來(lái)描述開(kāi)關(guān)拓?fù)浞€(wěn)態(tài)情況下，在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通階段與開(kāi)關(guān)關(guān)斷階段的伏秒積相等。
公式⑤為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與占空比D 以及周期T 的關(guān)系式。
公式⑥為開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間與占空比D 以及周期T 的關(guān)系式。
公式⑦為開(kāi)關(guān)頻率與周期的關(guān)系式。
公式⑧為公式⑤與公式⑦聯(lián)立得出的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與占空比與開(kāi)關(guān)頻率的關(guān)系式。
公式⑨為公式⑥與公式⑦聯(lián)立得出的開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間與占空比與開(kāi)關(guān)頻率的關(guān)系式。
通過(guò)上述公式，我們可以得出電流紋波率r與電感值L之間的公式：

所以電感的紋波率r 不僅跟電感有關(guān)系，跟輸入電壓占空比負(fù)載電流開(kāi)關(guān)頻率全部都有關(guān)系。

總結(jié)

通過(guò)判斷電路中DC/DC拓?fù)漕愋停鶕?jù)電流紋波率與電感量的關(guān)系可以方便的選擇所需要的DC/DC型號(hào)。
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