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開關(guān)�(diào)節(jié)�
閱讀�9262時間�2010-11-13 09:14:24

  開關(guān)�(wěn)壓器,具有優(yōu)良的電壓�(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。能夠提�2A的負(fù)載電�。有3.3V�5V 二種固定輸出電壓型和一個輸出電壓可�(diào)�。外圍元件少,應(yīng)用簡�,內(nèi)置頻率補(bǔ)償電路和固定頻率振蕩�。典�開關(guān)頻率�150KHz,可以使用小尺寸的濾波元�。在額定輸入電壓和輸出負(fù)載的條件�,輸出電壓容差為±5�,振蕩頻率的容差為�15�。待�(jī)電流�80μA(典型�),內(nèi)置兩�過流保護(hù)電路和過熱保�(hù)電路�

特征

  3.3V,5V 二種固定輸出電壓型和一個輸出電壓可�(diào)�

  �(nèi)置固定頻率為150KHz 的振蕩器

  過熱保護(hù)電路和限流保�(hù)電路

  輸入電壓�40V

  只需4 個外圍器�

  可提�2A �(fù)載電�

  待機(jī)電流80μA

  高效�

主要電流波形

  開關(guān)�(diào)節(jié)器(Buck電路)的�(yōu)�(diǎn)是損耗小、效率高。因此有必要了解整個電路的電流波形和數(shù)�,用于計算效率和了解電路的工作特�(diǎn)�

  開關(guān)管V�(dǎo)通時(設(shè)�(dǎo)通正向壓降為零),加在濾波電感Lo上的電壓為(Udc-Uo�。由于電感上的電壓J叵定,所以流過電感的電流線性上�,其 斜率�=(Udc-Uo�/Lo,這使電感電流頂部有上升的斜坡,如圖d所�。由于電感的電流不能突變,所以開�(guān)管V�(guān)斷時電感兩端電壓的極性迅 速顛�,以保持電感中的電流Iz不變。這種電壓極性顛倒的�(xiàn)象稱為“電感反沖�。如果沒有接二極管D,則U1�(diǎn)電壓會變得很�(fù),以保持Lo� 的電流方向不�。但此時二極管D的導(dǎo)通將電感Lo前端電壓鉗位于比地低一個二極管�(dǎo)通的正向壓降(約�1V��

  此時,先前流過開�(guān)管V的電流I2�(xiàn)在轉(zhuǎn)移流過二極管D,如圖e所�。但這時電感Lo上的電壓極性反�,幅值為(Uo+1�,電感中的電流線性下 �,其斜率�=(Uo+1�/Lo,波形的頂部有下降斜�,如圖e所�。開�(guān)管V�(guān)斷時間結(jié)束時,電感電流(流過二極管D)下降到I1此時開關(guān)管V� 一次導(dǎo)�,它的電流逐漸取代二極管D的正向電�。當(dāng)開關(guān)管V中的電流上升到I1�,二極管D的電流降到零并關(guān)斷,U1�(diǎn)的電壓上升到(Udc-1� ,使D反偏置�

開關(guān)調(diào)節(jié)器主要電流波形

  這樣,電感Lo上的電流是V�(dǎo)通時的電流(見圖d)和V�(guān)斷時D的電流(見圖e)之�,即圖f所示的電流ILoo可見,在輸出電流Io的上下有斜坡� 波動(I2-I1�。因�,可以推斷圖d、e中波形斜坡中�(diǎn)的電流值就是直流輸出電流Ioo隨著輸出電流Io的改變,圖d、e中的斜坡中點(diǎn)也會變化� 但斜坡的斜率不變。開�(guān)管V�(dǎo)通時,ILo的斜坡斜率始終為(Udc-Uo�/Lo,V�(guān)斷時,其斜率始終為(Uo+1�/Loo

  但若Io減小使圖d、e中的I1�(dá)到零,則將發(fā)生很大的變化�

式直流穩(wěn)壓電�

  線性調(diào)節(jié)�,由于串�(lián)晶體管的高損耗使它很難在輸出大于5A的場合下�(yīng)用。因為高損耗要求用較大體積的散熱器,而大體積的散熱器及笨重的工頻變壓�,又與電路其他部件的集成小型化很不協(xié)�(diào)。這樣的線性調(diào)節(jié)器輸出負(fù)載的功率密度一般僅�0�2�0.3 wm,根本不能滿足電路小型化的要��

  20世紀(jì)60年代,取代線性調(diào)節(jié)器的開關(guān)�(diào)節(jié)器開始應(yīng)用。它將快速�/斷的晶體管置于輸入與輸出之間,通過�(diào)節(jié)�/斷比例(占空比)來控制輸出直流電壓的平均值。此平均值電壓由可調(diào)寬度的方波脈沖構(gòu)�,方波脈沖的平均值就是直流輸出電��

  使用合適的LC濾波器,可以將方波脈沖平滑成無紋波的直流電壓輸出,其值等于方波脈沖電壓的平均值。整個電路采用輸出負(fù)反饋,通過檢測輸出電壓并結(jié)合負(fù)反饋控制占空�,以�(wěn)定輸出電壓不受輸人市電電壓波動和�(fù)載變化的影響�

開關(guān)調(diào)節(jié)器式直流穩(wěn)壓電源

  這種開關(guān)�(diào)節(jié)器的功率密度可以�(dá)�1�4 W/in3,而且還可以獲得與輸人隔離的多組輸�。它們也可以無須使用工頻變壓�,故有些DC/DC開關(guān)�(zhuǎn)換器的功率密度可以高�(dá)40�50 Win�

  圖所示為最早的開關(guān)�(diào)節(jié)器(Buck�(zhuǎn)換器)式直流�(wěn)壓電源的基本原理電路,其中開�(guān)管V作為單刀單擲開關(guān)與直流輸入電壓Udc串聯(lián)。在開關(guān)周期Ts�(nèi),V�(dǎo)通的時間為TonoV�(dǎo)通時,U1�(diǎn)電壓為Udc(設(shè)V�(dǎo)通的正向管壓降為零)。V�(guān)斷時,V1�(diǎn)電壓迅速下降到�。若沒有鉗位二極管VD(也稱續(xù)流二極管)將其鉗位于�,則U1�(diǎn)電壓波形會降得很�(fù)而損壞晶體管V�

  �(shè)此刻二極管D的壓降也為零,則U1�(diǎn)電壓波形為矩形波,如圖b所示。在Ton時段電壓為Udc,其余時間電壓為零。該電壓的直流值(或稱平均值)為Udc(Ton/Ts��

  LoCo濾波器接于U1和Uo電壓之間,它使輸出電壓Uo。成為幅值等于Udc(Ton/Ts)的無尖峰無紋波的直流電��

開關(guān)調(diào)節(jié)器式直流穩(wěn)壓電源的基本原理電路及工作波形

  如圖 開關(guān)�(diào)節(jié)器式直流�(wěn)壓電源的基本原理電路及工作波�

  采樣電阻R1和R2檢測輸出電壓Uo,并將其輸入到誤差放大器中與參考電壓UREF�(jìn)行比�。放大的誤差電壓Uea被送入到脈寬調(diào)節(jié)器(電壓比較� )PWM�,PWM比較器的另一個輸入是周期為Ts,的鋸齒波,如圖a所�,其幅值一般為3V。PWM電壓比較器產(chǎn)生的矩形波脈�,即圖c所示的UWM,它從鋸齒波起點(diǎn)開始至鋸齒波與誤差放大器輸出電壓交點(diǎn)處結(jié)�。因此,PWM輸出的脈沖寬�7on與誤差放大器輸出電壓成比��

  PWM脈沖輸入到電流放大器,并以負(fù)反饋的方式控制開�(guān)管V的�/斷。其邏輯�(guān)系是:若輸入電壓Udc稍升�,則誤差放大器輸出電壓Uea將降低,使鋸齒波與Uea交點(diǎn)提前,開�(guān)管V的導(dǎo)通時�7on縮短,使輸出電壓Uo=Udc(Ton/Ts)保持不�。同�,若Udc下降,則�(dǎo)通時間Ton正比的延長使Uo保持不變。開�(guān)管V�(dǎo)通時間的改變使采樣電壓總是等于參考電�,即UoR2/(R1+R2�=UREF�

(Buck)的理想開關(guān)頻率

  在任何周期Ts�,開�(guān)�(diào)節(jié)器(Buck)的輸出電壓均為Uo=UdcTon/Ts,這就提出了一個問�,即是否存在的周期,以及周期選擇的依�(jù)� 什�。首先人們會想到的是盡量把開�(guān)頻率提高,以減小濾波器中Io和Co的體積重��

  但是從整體上考慮,高開關(guān)頻率不一定能減小開關(guān)�(diào)節(jié)器的體積。這可以從表示電路交疊損�,因為交疊損耗與開關(guān)周期Ts,成反比,縮短開�(guān)周期會使交疊損耗增大,則開�(guān)管所需的散熱器也應(yīng)更大以限制開�(guān)管的溫升�

  此外,開�(guān)管的損�,而未考慮�(xù)流二極管D的損�,這是因為D的反向恢�(fù)時間很短。反向恢�(fù)時間是二極管從其開始承受 反向電壓瞬間到停止流過反向漏電流所�(jīng)歷的時間,應(yīng)使用反向恢復(fù)時間�35�50 ns的超快恢�(fù)二極管作為續(xù)流二極管D。但即使是這種二極 管也會帶來明顯的損耗,此損耗與開關(guān)周期T,成反比。增加開�(guān)頻率(縮短開�(guān)周期)的確可以減小濾波器嘸、咣的體�,但會使總損耗增� ,且需要更大的散熱器�

  �(dāng)�,開�(guān)頻率�25�50 kHz范圍�(nèi),開�(guān)�(diào)節(jié)器(Buck)的整個體積可以隨開關(guān)頻率的增加而減�,但頻率超過50kHz�,這一�(yōu)勢就很有� �,因為這樣既增加了損耗,又要求有較大體積的散熱器�

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