高手分享:BUCK電路中的時域分析
發布時間:2015-05-07 責任編輯:echolady
【導讀】電子電路常見的一種設計是BUCK電路,本文要介紹的就是BUCK電路的時域分析。在特定的輸入下用輸出量表達式來分析係統的穩定性就是時域分析的功能。本文就來講解時域分析的細節。
有這麼一種情況,穩態以後的Buck電路,當開關管閉合,電感電流比負載電流小時,電容是放電的。此時能否把電容跟電阻看成RC零輸入狀態進行求解輸出電壓?如果可以,那麼在按照此方法計算之後為何實際輸出的電壓跟這個模型分析不同呢?
要解決這個問題就需要對BUCK電路的原理非常了解,當開關關斷時,電感L的能量釋放出來,電容C中儲存的能量就通過二極管與L釋放到R上,此時如果想研究“當開關管閉合的,電感電流比負載電流小的時候”應該是不連續模式,,即便是連續模式,都是根據電感中在周期內是否有電流來決定的,也就是說不能撇開電感分析Buck電路的時域。
降壓電路即Buck變bian換huan電dian路lu,在zai降jiang壓ya模mo式shi中zhong,輸shu出chu電dian壓ya隻zhi與yu輸shu入ru電dian壓ya和he占zhan空kong比bi有you關guan。如ru果guo降jiang壓ya電dian路lu在zai一yi個ge周zhou期qi內nei電dian感gan電dian流liu的de變bian化hua量liang為wei零ling,導dao通tong時shi電dian感gan電dian流liu的de上shang升sheng量liang與yu截jie止zhi時shi電dian感gan電dian流liu的de下xia降jiang量liang是shi相xiang等deng的de。一yi個ge周zhou期qi內nei電dian容rong近jin似si為wei線xian性xing充chong電dian,充chong電dian電dian荷he為wei電dian感gan電dian流liu紋wen波bo,此ci電dian容rong一yi般ban按an輸shu出chu濾lv波bo來lai說shuo的de,輸shu出chu電dian壓ya中zhong紋wen波bo電dian壓ya分fen量liang的de大da小xiao。

圖1
附圖講解比較容易理解,如圖1,圖中綠圈的紅三角形即電容充電近似線性充電。
在(zai)開(kai)關(guan)的(de)一(yi)個(ge)周(zhou)期(qi)內(nei)進(jin)行(xing)時(shi)域(yu)分(fen)析(xi),這(zhe)是(shi)前(qian)提(ti)。在(zai)這(zhe)個(ge)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)內(nei)進(jin)行(xing)時(shi)域(yu)分(fen)析(xi),主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)了(le)觀(guan)察(cha)連(lian)續(xu)模(mo)式(shi)下(xia)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)大(da)於(yu)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)時(shi),輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)跟(gen)實(shi)際(ji)推(tui)倒(dao)的(de)是(shi)否(fou)一(yi)致(zhi)。當(dang)開(kai)關(guan)管(guan)閉(bi)合(he)的(de)時(shi)候(hou),把(ba)這(zhe)個(ge)電(dian)路(lu)解(jie)分(fen)成(cheng)零(ling)輸(shu)入(ru)解(jie)跟(gen)零(ling)狀(zhuang)態(tai)解(jie),方(fang)便(bian)計(ji)算(suan)。但(dan)是(shi)對(dui)於(yu)零(ling)輸(shu)入(ru)解(jie),這(zhe)裏(li)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti),是(shi)否(fou)能(neng)把(ba)此(ci)時(shi)的(de)零(ling)輸(shu)入(ru)看(kan)成(cheng)電(dian)感(gan)跟(gen)電(dian)容(rong)兩(liang)個(ge)獨(du)立(li)的(de)零(ling)輸(shu)入(ru)的(de)疊(die)加(jia)?即(ji)電(dian)感(gan)當(dang)成(cheng)電(dian)流(liu)源(yuan),把(ba)電(dian)容(rong)當(dang)成(cheng)電(dian)壓(ya)源(yuan),用(yong)疊(die)加(jia)定(ding)理(li)計(ji)算(suan)求(qiu)解(jie)其(qi)零(ling)輸(shu)入(ru)解(jie)?
開關管截止時,電感所儲存的能量釋放出來,但這個時候極性是相反的,由於開關管的作用,輸出電壓疊加的是不需要的交流紋波,LC此時應該是起到一個低通濾波的作用,不要把這個電容理解的很大,電容不能看作電壓源。

圖2


圖3

一yi個ge周zhou期qi內nei電dian容rong充chong放fang電dian相xiang等deng,在zai關guan閉bi狀zhuang態tai,電dian容rong放fang電dian時shi電dian感gan電dian流liu為wei零ling,在zai整zheng個ge周zhou期qi內nei,電dian感gan器qi兩liang端duan電dian壓ya為wei零ling,這zhe個ge過guo程cheng的de波bo形xing上shang麵mian已yi經jing提ti供gong了le,網wang上shang隨sui便bian也ye能neng找zhao到dao,考kao慮lv電dian容rong有you等deng效xiao電dian阻zu,對dui輸shu出chu電dian壓ya的de紋wen波bo有you影ying響xiang
舉個例子,如果用汽車來做比喻,當踩油門時,速度提高,相當於當開關管導通時的電壓Uonjiazaidianganshang,dianliuyanxiexianshangsheng。dangcaishacheshi,qichesudujiangdi,xiangdangyudangkaiguanguanbihe,qudiaowaijiadedianya,diangandianyafanxiang,ganyingdianyaxiangdangyushachezhazuoyongyudianganshang,jiUoff,由於其方向與Uon方向相反,電流斜線降低,如先踩油門(Uo),然後刹車(Uoff),不斷的快速重複,掌握合適的時間,盡管汽車不穩定,但會繼續前進,得到一個平均速度,取決於加速和刹車的時間周期。
在功率變換中,這個不穩定現象類似電流紋波,變換的電流=變化的開時的電流=變換的閉合時電流以及感應的平均電流,此時電容吸收這個紋波,從而可按要求向負載提供穩定的直流。
本篇文章通過問題的提出,對BUCK電路中的時效問題進行較為全麵的分析。與此同時,還通過生動的舉例來幫助讀者加深理解。希望在閱讀過本篇文章之後,大家能夠對BUCK電路的時域分析有進一步的理解。
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