buck電路參數(shù)選擇原理和計算

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1、第三章Buck電路參數(shù)選擇原理和計算3.1參數(shù)選擇原理在Buck電路中的電感L和電容C組成低通濾波器，此濾波器的設(shè)計原則是，使輸出電壓的直流分量可以通過，抑制輸出電壓的開關(guān)頻率及其諧波分量通過。但是，構(gòu)建一個能夠讓直流分量通過而且完全濾除開關(guān)頻率及其諧波分量的完美的濾波器是不可能的，所以，在輸出中至少有一小部分是由于開關(guān)產(chǎn)生的高頻諧波。因此，輸出電壓波形事實上如圖3.1所示，可以表達為（3.1）圖3.1輸出電壓波形所以實際的輸出電壓由所需要的直流分量加少量的交流分量所組成，交流分量由低通濾波器未能完全衰減的開關(guān)諧波所產(chǎn)生。由于直流變換器的作用使產(chǎn)生所需的直流的輸出，因此希望輸出電壓開關(guān)紋

2、波應很小。所以，通?？梢约僭O(shè)開關(guān)紋波的幅值遠遠小于直流分量，即（3.2）因此，輸出電壓近似為直流分量，而忽略其小紋波成分，即（3.4）上述近似稱為小紋波近似，或稱線性紋波近似，可大大簡化變換器波形的分析。下面分析電感電流波形，進而得出電感的計算公式。通過電感電壓波形的積分可以得到電感電流。開關(guān)在位置1時，電感在左側(cè)與輸入電壓相連，電路簡化為下圖3.1（a）。電感電壓為（3.5）（a）（b）圖3.1如上所述，輸出電壓為其直流分量加小的交流紋波成分。采用小紋波近似，式（3.4）中的用其直流分量代替，得到（3.6）開關(guān)在位置1時，電感電壓等于，如圖3.1（b）所示。電感電壓方程為（3.7）在第

3、一個子區(qū)間，由上式可以解得電感電流波形的斜率為（3.8）由于開關(guān)在位置1時，電感電壓近似為常量，因此電感電流的變化率也近似為常數(shù)，電感電流線性上升。當在第二個子區(qū)間，開關(guān)處于位置2時，電感的左端與參考地相連，簡化電路如圖3.1（b）所示。所以，在第二個子區(qū)間，電感電壓為（3.9）采用小紋波近似式（3.4）得到（3.10）所以，當開關(guān)處于位置2時的電感電壓為常量，如圖3.1（b）所示。將式（3.10）代入式（3.7）中，得到電感電流的斜率為（3.11）因此，在第二個子區(qū)間，電感電流的變化率為一負的常量?，F(xiàn)在，電感電流的波形如下圖所示，電感電流從初始值開始。在第一個子區(qū)間開關(guān)處于位置1時，電

4、感電流以式（28）所給出的斜率上升。在時刻，開關(guān)轉(zhuǎn)至位置2.然后電感電流以式（3.11）所給出的斜率下降。在時刻，開關(guān)轉(zhuǎn)回位置1，以下過程重復。下面計算電感電流紋波。下圖3.2所示，電感電流峰值等于其直流分量I加上峰值至平均值的紋波。此峰值電流不僅流過電感，而且流過半導體器件。當確定這些器件的參數(shù)時，需要知道峰值電流。圖3.2電感電流已知在第一個子區(qū)間中的電感電流流的斜率和第一個子區(qū)間的長度，可以計算其紋波幅值，的波形關(guān)于I對稱，因此在第一個子區(qū)間中的電流上升（是紋波峰值，因此紋波峰值為）。所以的變化量=斜率子區(qū)間長度電感電流的紋波為（3.12）的典型值是在滿載時的直流分量I的10%~2

5、0%。不希望太大，否則增大流過電感和半導體開關(guān)器件的電流峰值，從而將增加功率損耗和體積?？梢酝ㄟ^選擇合適的電感值來得到所希望的電流紋波。由式（3.12）得到（3.13）通常式（3.13）被用來選擇Buck變換器的電感值。把（3.14）式進一步轉(zhuǎn)化得到（3.14）其中為Buck電路最大占空比，，為開關(guān)管的開關(guān)頻率，為最大輸出電流，為輸入電壓。3.2電感值的計算因為開關(guān)頻率對DC-DC電路變換的效率影響非常大。如果太高，可以使充電電感和濾波電容體積減小，但是充電電感的渦流損耗，磁滯損耗及其其他元件的分別參數(shù)的影響加大造成的其他元件損耗加大。如果太低，充電電感，濾波電容的體積太大，在保證充電電

6、感量的前提下，線圈匝數(shù)真多，銅損耗加大。綜合考慮各種因素，這里設(shè)計開關(guān)管的開關(guān)頻率，則根據(jù)UC3843技術(shù)說明，可以求得震蕩電阻為47K，震蕩電容為1000pF。對于最大占空比，參考UC3843技術(shù)說明，選擇（因為負載可變，輸出電壓也是可變的，所以這里選取UC3843的最大占空比，是負載可變范圍加大），而最大輸出電流，，，從而可以得到3.3濾波電容的計算而關(guān)于濾波電容的選擇，電容需要濾掉主要的開關(guān)紋波，選擇電容C足夠大，以使開關(guān)頻率時的電容值阻抗遠小于負載阻抗R，因此幾乎所有的電感電流紋波流經(jīng)電容，而流經(jīng)負載電阻阻抗R的紋波非常小，電容電流波形等于電感電流波形去掉直流成分后的交流成分。輸

7、出濾波電容的選取決定了輸出紋波電壓，紋波電壓與電容的等效的串聯(lián)電阻ESR有關(guān)，電容的紋波電流要大于電路中的紋波電流。這里選取兩個470uf/16V的電容并聯(lián)，這樣就可以降低了等效的串聯(lián)電阻。3.4關(guān)于采樣電阻的選用最后采樣電路，為了避免當通電時間過長，電阻發(fā)熱，電阻的阻值變大，引起誤差，請我們選取4個的電阻。兩兩并聯(lián)，再串聯(lián)起來，有效的減小電阻發(fā)熱多測量的影響。