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淺談buck電路占空比與輸出電流有何關(guān)聯(lián)?

發(fā)布時(shí)間:2015-07-30 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】初學(xué)者一向?qū)uck電路的設(shè)計(jì)頗感頭疼。本文簡(jiǎn)要說明了buck電路中占空比語輸出電流之間的關(guān)聯(lián)性。列舉實(shí)例說明了buck電路中最大輸出電流的全方位解析。

首先我們先來看下例子,在buck電路中連續(xù)模式下,輸出電壓Vo=輸入電壓Vdc×占空比D。假定Vdc,Vo均為定值,那么占空比也必然是恒定值。如果負(fù)載電流突然變大,應(yīng)該是需要輸入功率變大,占空比增大,從而使得電感存儲(chǔ)更多的能量才對(duì)。

但矛盾的是,此處占空比雖然增大,但輸出電壓不是會(huì)改變嗎?網(wǎng)絡(luò)上的說法是,負(fù)載電流突然變大后,占空比先增大后減小,最后是輸入電流Idc增大使輸出電流增大,那么這種說法正確嗎?假如是對(duì)的,那么buck電路的最大輸出電流是怎么確定的呢?

下面我們就來一一分析,例子中列出的Vo=輸入電壓Vdc×占空比D僅僅是理論理想公式,如果想要計(jì)入開關(guān)的損耗和電感損耗,實(shí)際輸出將是輸出/輸入不變下,PWM隨電流而變。

關(guān)于瞬態(tài)電流,原則上只進(jìn)行電應(yīng)力計(jì)算,不做熱應(yīng)力考核。關(guān)于穩(wěn)態(tài)電流,需要做電應(yīng)力/熱應(yīng)力考核??梢钥闯觯瑢?duì)于電源的最大電流,不是一個(gè)值,而是一組數(shù)據(jù)。它們需要根據(jù)實(shí)際情況考核不同指標(biāo)。理想恒壓模式下,改變的輸出電流,輸出功率增大,所以輸入功率也會(huì)增大的。當(dāng)在恒壓模式下,輸出電壓不變,占空比是不會(huì)變的。

BUCK的電感,實(shí)際上并不是人們口中的變壓器,能量不是由電感全部?jī)?chǔ)存然后傳遞的。按照例子中的假設(shè),輸出負(fù)載電流突然變大,輸出功率是變大,輸入功率也變大,但這個(gè)增加的功率不是由電感儲(chǔ)存的能量提供的。但這個(gè)增加的功率不是由電感儲(chǔ)存的能量提供的。

有人會(huì)覺得迷惑,buck電路不是在mosfet導(dǎo)通階段嗎,輸入電流可以直接給輸出供電,不僅僅對(duì)電感充電?如果這樣,那如果占空比很小的情況,比如310V轉(zhuǎn)15V的時(shí)候,輸出的電流基本上都是電感儲(chǔ)存的能量嗎?

實(shí)際上這里指的是電感傳遞的能量占輸出總能量的大小,比例的問題則需要舉例說明,即使是310V轉(zhuǎn)15V,只要電感電流連續(xù),輸出1A跟輸出10A,電感傳遞能量不變還是電感傳遞能量占總輸出的比例不變。

電壓模式的buck電路對(duì)電流沒有限定。所以要額外增加過流保護(hù)。否則發(fā)生短路時(shí),電流會(huì)很大,直至燒毀開關(guān)管。電流模式的buck,本身自帶有限流功能。

理論上,如果沒有元器件在電流變化時(shí)的壓降變化,那么當(dāng)電流增加時(shí),占空比就不變,在開關(guān)管開通時(shí)輸入電流也增加,這時(shí)候電感中的直流電流也增加了,存儲(chǔ)的能量也在增加,續(xù)流時(shí)對(duì)外供能量。電流增加的限制應(yīng)該是所選元器件和線路的傳遞電流及散熱能力決定的,還有電源,如考慮實(shí)際中電流增加時(shí)各處壓降,占空比肯定會(huì)有變化去補(bǔ)償壓降。

負(fù)載變化輸出電壓是不會(huì)變化的,因?yàn)檩敵鲭妷菏鞘艿竭\(yùn)放的基準(zhǔn)源控制的。也就是說輸出電壓被“鉗位”了。調(diào)節(jié)負(fù)載,的確會(huì)改變占空比。在這里占空比的變化只是改變“電感的充電時(shí)間”,輸出端要的電流量(功率)變化了,那么輸入端給的電流量(功率)也相應(yīng)的變化了,可以通過鉗形電流表檢測(cè)能看出他們之間的變化。

在理想情況下,占空比是要先增大,使得電感電流漲上去,然后再恢復(fù)原來的占空比。實(shí)際中,電源內(nèi)阻、輸入線路內(nèi)阻、MOS內(nèi)阻、電感內(nèi)阻、續(xù)流二極管壓降這些不理想因數(shù)都在影響著占空比。

本篇文章通過實(shí)例從各個(gè)方面對(duì)buck電路中的最大輸出電流確定,以及最大輸出電流與占空比之間的聯(lián)系進(jìn)行了講解,希望大家在閱讀過本篇文章之后能夠有所收獲。

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