DC—DC開關功率型變換器電路分析和調試

楊學鋒

【摘要】通常DC-DC變換電路所需元件較多，電路較復雜。本文對DC-DC開關型功率變換器電路進行了分析探討，為實際DC-DC開關變換器的設計和調試提供了新的思路。

【關鍵詞】DC-DC開關；功率型變換器；基本電路

1.電感量的選擇

在Buck型開關變換器中，流過儲能電感L的電流效能發生突變，該電流近似線性上升和線性下降，而且電感量越大電流的變化起伏越平滑，電感量越小則電流變化起伏越陡峭。當電感量小到一定值時，就會發生在功率開關管截止瞬間，電感L中儲存的能量也剛好釋放完畢，此時儲能電感L的電感量就稱為臨界電感量Lc。如果當儲能電感L的電感量小于Lc時，就會發生功率開關管尚未處于關斷狀態時，儲能電感L中的電流已變為零，于是電感L上的電壓也變為零，開關管及儲能電感上的電壓就會發生臺階式突變，作為穩壓電源在有負載時絕少允許出現這種情況，因為這種情況將會引起電源穩壓特性的明顯惡化，甚至會產生附加的振蕩。對負載來說，也不允許有這種情況發生，因為這種情況會使負載電路出現間斷性供電，最后引起負載電路丟失信息或工作不正常。所以在開關電源的設計中，電感量的選擇是一個重要的設計參量。在實際電感量的設計中，只要計算出電感電流臨界連續時的電感量，當實際電感大于此電感量時，電感電流工作在電感電流連續模式（CCM），相反，工作在斷續模式（DCM）。下面以Buck型開關變換器為例來討論電感電流臨界連續模式時電感量的計算。

2.濾波電容選擇

由Buck型關變換器的工作原理分析可以看出，濾波電容的作用主要是在開關關斷時為負載供電和減小輸出電壓中的的紋波。如果濾波電容C的容量足夠大，則輸出電壓UO為常數，然而在電容C為有限值的情況下，直流輸出電壓將會有紋波成分。輸出濾波電容C的選擇直接關系到開關穩壓電源輸出電壓中紋波電壓分量△UO大小。一般地，在設計DC-DC開關變換器時，輸出濾波電容C的容量主要應根據對穩壓電源輸出紋波電壓△UO的要求來設計。因此根據電容充放電工作原理分析便可以確定出電容的大小。圖3給出了Buck型開關變換器電容工作過程波形。

5.總結

由分析可知，開關管工作頻率的選擇設計不僅與電感量的選擇、濾波電容選擇、濾波電容設計、轉換效率設計有關，而且參數之間具有相互關聯關系，選擇時必須兼顧多方面性能指標要求進行頻率設計。從整體上考慮，提高開關管工作頻率可以減小儲能電感、濾波電容，同時可以減小輸出紋波電壓大??；但是高頻率并不一定能減小變換器的體積原因是開關管的損耗與開關頻率成正比，同時會使開關管的損耗增大，則開關管需要更大的散熱器以限制其溫升。同時續流二極管由于開關頻率的提高也會增加損耗，且需要更大的散熱器，隨著功率器件性能的提高，結電容等寄生參數的減小，普通DC-DC的開關頻率可以提高到500KHz以上。