01、BUCK電路的引數計算
案例:設計一個Buck電路,滿足如下效能指標要求:
- 一、效能指標要求
- 二、需要計算的引數
- 三、BUCK電路拓撲
- 四、BUCK電路工作原理
- 五、引數計算的假設前提條件
- 六、BUCK電路引數計算所需要的理論知識
- 七、導通時的佔空比D的計算
- 八、電感L的計算
- 九、電容C的計算
- 十、案例中各個元器件的引數計算
一、效能指標要求
1、輸入電壓
標準直流電壓48V
2、輸出電壓
直流電壓24V,5A
3、輸出電壓紋波
100mV
4、電流紋波
0.25A
5、開關頻率
fs = 250kHz
二、需要計算的引數
1、佔空比D1
2、電感L
3、電容C
4、開關元件Q的選取
三、BUCK電路拓撲
* D:續流二極體
* L和C組成LPF
四、BUCK電路工作原理
1、當t=[0,Ton]時,控制訊號是的MOS管導通,續流二極體D截止,向電感L充磁,向電容C充電;
2、當t=[Ton,T]時,MOS管截止,續流二極體D導通續流,電容C放電和電感L中電流下降維持;
五、引數計算的假設前提條件
1、開關管和二極體均為理想型器件;
2、電感L較大,使得在一個週期內電流連續,且無內阻;
3、直流輸出電壓Uo恆定;
4、整個電路無功耗;
5、電路已達到穩態;
六、BUCK電路引數計算所需要的理論知識
1、基爾霍夫電壓/電流定律;
(1)基爾霍夫電壓定律:
在一個迴路中,電壓代數和為0。
(2)基爾霍夫電流定律:
在一節點,流進該節點的電流代數和等於流出該節點的代數和。
2、法拉第定律;
UL / L = ΔIL / Δt
3、當電路達到穩態時:電感L上的電壓滿足“伏秒值相等的原則”,即:
Von·Ton + Voff·Toff = 0
4、電容的定義式:
C = ΔQ/ΔUc
七、導通時的佔空比D的計算
1、開關管導通時,由基爾霍夫電壓定律得:
UL = Ui - Uo
2、開關管斷開時,由基爾霍夫電壓定律得:
UL = - Uo
3、針對電感L應用“伏秒值相等的原則”得:
(Ui - Uo)·D·Ts - Uo(1 - D)Ts = 0
4、求的D為:
D = Uo / Ui
八、電感L的計算
1、開關管導通時,由基爾霍夫電壓定律得:
UL = Ui - Uo
2、由法拉第定律:
UL / L = ΔIL / D·Ts
3、電感L為:
L = UL·D·Ts/ΔIL
九、電容C的計算
1、電容C充電的電荷為:
ΔQ = ΔIL·Ts / 8
2、電容定義式:
C = ΔQ/ΔUc
3、將1中的式子帶入2中:
C = (ΔIL·Ts) / (8ΔUc)
十、案例中各個元器件的引數計算
1、佔空比D
D = Uo / Ui = 0.5
2、電感量L
L = UL·D·Ts / ΔIL = (48-24)*0.5*(1/250*10^-3)/0.25 = 0.000192H
3、電容量C
C = (ΔIL·Ts) / (8ΔUc) = (0.25A / 250kHz)/ (8 * 0.1V) = 0.00000125F