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multisim buck电路仿真.62.docx
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第一章 概述
1.1 直流―直流变换的分类
直流—直流变换器〔DC-DC〕是一种将直流根底电源转变为其他电压种类的直流变换装
置。目前通信设备的直流根底电源电压规定为−48V,由于在通信系统中仍存在−24V〔通信设
备〕及+12V、+5V〔集成电路〕的工作电源,因此,有必要将−48V 根底电源通过直流—直流
变换器变换到相应电压种类的直流电源,以供实际使用。D C/DC 变换是将固定的直流电压变
换成可变的直流电压,也称为直流斩波。主要有
〔1〕Buck 电路——降压斩波,其输出平均电压小于输入电压,极性相同。
〔2〕Boost 电路——升压斩波,其输出平均电压大于输入电压,极性相同。
〔3〕Buck-Boost 电路——降压―升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极
性相反,电感传输。
〔4〕Cuk 电路——降压或升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,
电容传输。
此外还有 Sepic、Zeta 电路。
1.2 直流—直流变换器的开展
当今软开关技术的开展使得 DC/DC 发生了质的飞跃,美国 VICOR 公司(美国怀格公司,
国际知名的电源模块生产厂家)设计制造的多种 ECI 软开关 DC/DC 变换器,其最大输出功率
有 300W、600W、800W 等,相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3,效率为〔80~90〕%。
日本 NEMIC—LAMBDA(联美兰达,日本的开关电源厂商.2021 年兰达被 TDK 收购,名称也改为
TDK-LAMBDA)公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块 RM 系列,其开关
频率为〔200~300)kHz,功率密度已到达 27W/cm3,采用同步整流器〔MOSFET 代替肖特基
二极管〕,使整个电路效率提高到 90%。
第二章 降压―升压斩波电路的设计
2.1 根本工作原理
电路原理图如图 2-1 所示,根本工作原理如下:
VD
i
V
2
i
I
1
L
u
E
u
L
C
L
R
o
a)
i
t
t
1
o n
o ff
I
L
o
t
t
i
2
I
L
o
b)
图 2-1: 降压―升压斩波电路原理图
设电路中电感 L 值很大,电容 C 值也很大。使电感 IL 和电容电压即负载电压 uo 根本为恒
值。
当可控开关 V 处于通态时,电源 E 经 V 向电感 L 供电使其储存能量,此时电流为 i1,方
向如图 2-1a)所示。同时,电容 C 维持输出电压根本恒定并向负载 R 供电。此后,使 V 关断,
电感 L 中储存的能量向负载释放,电流为 i2,方向如图 2-1a)所示。
可见,负载电压极性为上正下负,与电源电压极性相反,因此又称为反极性斩波电路。
稳 态 时 , 一 个 周 期 T 内 电 感 L 两 端 电 压 ul 对 时 间 积 分 为 零 , 即
L
当 V 处于通态期间,uL=E;而当 V 处于断态期间,uL=-u0。于是
所以输出电压为
t
t
t
on
t
E t U t
U
E
E
E
on
o
T
1
on
o
off
off
on
改变占空比 α,输出电压既可以比电源电压高,也可以比电源电压低。当 0<α<1/2 时为降压,
当 1/2<α<1 时为升压,因此将该电路称为降压―升压斩波电路。也有的文献直接按英文称之为
buck-boost 变换器。
图 2-1b)给出了电源电流 i1 和负载电流 i2 的波形,设两者的平均电流分别为 I1 和 I2,当电
流脉动足够小时,有
I t
1
I t
on
2
off
t
I
off
I
¦ I
1
由上式可得
t
on
如果 V 和 VD 为没有损耗的理想开关时,那么 EI1=U0I2,其输出功率和输入功率相等,
可以看做直流变压器。
2.2 触发方式
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可以有三种控制方式:
保 持 开 关 周 期 T 不 变 , 调 节 开 关 导 通 时 间 ton, 称 为 脉 冲 宽 度 调 制 (Pulse Width
Modulation,PWM ),或脉冲调宽型。
保持开关导通时间 ton 不变,改变开关周期 T,称为频率调制或调频型。
ton 和 T 都可调,使占空比改变,称为混合型。其中第一种方式应用最多。
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