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(shí)，電路工作電流如下圖所示：


        由圖中可以看出，VD因?yàn)槌惺芊聪螂妷憾�截止，電感L1勵(lì)磁并儲(chǔ)存能量，電容Co開始充電。
        當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，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(huì)導(dǎo)致在導(dǎo)通狀態(tài)下電感的存儲(chǔ)能量不足，在截止的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致時(shí)間還沒有結(jié)束能量就已經(jīng)釋放完畢，就會(huì)導(dǎo)致輸出電壓為0，會(huì)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?yàn)檩敵鲭娏魇禽斎腚妷和ㄟ^LC濾波電路輪流提供的，所以在通常情況下，脈動(dòng)成分比線性穩(wěn)壓電源要大一些，這也是這個(gè)降壓式轉(zhuǎn)換器的一個(gè)缺點(diǎn)。
        我們?cè)诔踔袝r(shí)學(xué)過能量守恒定律，所以我們可以根據(jù)這個(gè)定律來得到我們需要的參數(shù)。
        當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，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(shí)間為Ton，那么我們就可以得到開關(guān)閉合期間，電感勵(lì)磁存儲(chǔ)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(shí)，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(gè)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(jìn)行運(yùn)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?yàn)閷?dǎo)通時(shí)間一定是小于等于總時(shí)間的，所以D一點(diǎn)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(shí)，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(lì)磁并存儲(chǔ)能量，電容Co開始放電。
        當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電路工作如下圖所示：


        當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，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(shí)，輸入電壓Ui加到電感L1上，我們同樣把閉合時(shí)間假設(shè)為Ton,那么在這個(gè)期間，電感L1由于輸入電壓Ui勵(lì)磁并存儲(chǔ)能量的期間磁通量增加為：Ui*Ton。
        當(dāng)S斷開時(shí)，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(jì)算，我們可以得到輸出電壓Uo=Ui*T/Toff；因?yàn)門/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(gè)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(shí)，工作原理如下圖所示：


        當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，二極管因承受反壓而截止，電感L1勵(lì)磁并存儲(chǔ)能量，電容Co開始放電。
        當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，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(shí)，我們假設(shè)為Ton，在這段時(shí)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(lì)磁并存儲(chǔ)的能量為：Ui*Ton。
         當(dāng)S斷開時(shí)，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(shí)，也就是占空比D小于0.5時(shí)，這種線路為降壓線路，當(dāng)占空比大于0.5時(shí)，這種線路為升壓線路。