非隔離式轉(zhuǎn)化器工作原理

之前我們說過，非隔離式轉(zhuǎn)換器有三種基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，他們分別是：降壓式、升壓式和升降壓式。
       降壓式轉(zhuǎn)換器也稱為Buck電路，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：


        當(dāng)開關(guān)S閉合時，電路工作電流如下圖所示：


        由圖中可以看出，VD因為承受反向電壓而截止，電感L1勵磁并儲存能量，電容Co開始充電。
        當(dāng)開關(guān)斷開時，電路工作如下圖所示：


        圖中，VD承受正向電壓而導(dǎo)通，電感L1消磁并釋放能量，電容Co開始放電。
        在換能電路中，如果負(fù)載RL太輕又或者電感數(shù)值太小，就會導(dǎo)致在導(dǎo)通狀態(tài)下電感的存儲能量不足，在截止的時候就會導(dǎo)致時間還沒有結(jié)束能量就已經(jīng)釋放完畢，就會導(dǎo)致輸出電壓為0，會出現(xiàn)階梯式輸出電壓形態(tài)。所以為了使輸出電壓的交流分量足夠小，我們應(yīng)該將Co的取值取得足夠大，也就是說只有在L1和Co的取值足夠大的情況下，輸出電壓和輸出電流才是連續(xù)性的，L1和Co取值越大，得到的輸出電壓越穩(wěn)定，波形越平滑。
        因為輸出電流是輸入電壓通過LC濾波電路輪流提供的，所以在通常情況下，脈動成分比線性穩(wěn)壓電源要大一些，這也是這個降壓式轉(zhuǎn)換器的一個缺點。
        我們在初中時學(xué)過能量守恒定律，所以我們可以根據(jù)這個定律來得到我們需要的參數(shù)。
        當(dāng)開關(guān)閉合時，加在電感L1兩端的電壓為（Ui-Uo），那么我們假設(shè)開關(guān)閉合時間為Ton，那么我們就可以得到開關(guān)閉合期間，電感勵磁存儲能量，我們可以稱為磁通量，它的增加量為：（Ui-Uo）*Ton。
        當(dāng)開關(guān)斷開時，由于電感電流不能突變，二極管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，電感L1消磁并釋放能量，磁通量減少為：Uo*Toff。
        在電源穩(wěn)定的狀態(tài)下，電感的磁通量增加量與減少量是相等的，這個就是我們所謂的“伏·秒相等原則”，也就是說（Ui-Uo）*Ton=Uo*Toff；我們將等式進行運算，可以得到：Uo*T=Ui*Ton；則Uo=Ui*Ton/T；現(xiàn)在我們一般把Ton/T稱為占空比，用D來表示，那么輸出電壓Uo=Ui*D；因為導(dǎo)通時間一定是小于等于總時間的，所以D一點小于1，則輸出電壓一定小于輸入電壓，所以我們稱之為降壓式電路。
        升壓式轉(zhuǎn)換器也稱為BOOST電路。其電路如下所示：


        當(dāng)開關(guān)S閉合時，電路工作如下圖所示：


        開關(guān)S閉合后，VD因承受方向電壓而截止，電感L1勵磁并存儲能量，電容Co開始放電。
        當(dāng)開關(guān)S斷開時，電路工作如下圖所示：


        當(dāng)開關(guān)S斷開時，VD承受正向電壓而導(dǎo)通，電感L1消磁并釋放能量，電容Co開始充電。
        當(dāng)S閉合時，輸入電壓Ui加到電感L1上，我們同樣把閉合時間假設(shè)為Ton,那么在這個期間，電感L1由于輸入電壓Ui勵磁并存儲能量的期間磁通量增加為：Ui*Ton。
        當(dāng)S斷開時，二極管轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，電感L1消磁并釋放能量，磁通量減小量為：（Uo-Ui）*Toff。
        同樣在電源穩(wěn)定的狀態(tài)下，電感中的磁通量變化量是相等的，經(jīng)過計算，我們可以得到輸出電壓Uo=Ui*T/Toff；因為T/Toff得到的必大于1，所以輸出電壓一定比輸出電壓高，所以我們稱這個線路為升壓線路。
        還有一種電路稱為升降壓電路，線路圖如下所示：


        升降壓電路也是我們業(yè)內(nèi)所說的BUCK-BOOST電路，當(dāng)開關(guān)S閉合時，工作原理如下圖所示：


        當(dāng)開關(guān)S閉合時，二極管因承受反壓而截止，電感L1勵磁并存儲能量，電容Co開始放電。
        當(dāng)開關(guān)S斷開時，電路工作如下圖所示：


         開關(guān)S斷開，二極管VD承受正壓而導(dǎo)通，電感L1消磁并釋放能量，電容Co開始充電。
        當(dāng)S閉合時，我們假設(shè)為Ton，在這段時間里，輸入電壓Ui加在電感L上，這期間，電感L由輸入電壓Ui勵磁并存儲的能量為：Ui*Ton。
         當(dāng)S斷開時，電感L1消磁并釋放能量為： Uo*Toff。
        聯(lián)立上面等式，我們可以得到：Uo=Ui*Ton/Toff。
        當(dāng)Ton/Toff小于1時，也就是占空比D小于0.5時，這種線路為降壓線路，當(dāng)占空比大于0.5時，這種線路為升壓線路。