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問題1:輸入電壓范圍為VINMIN到VINMAX,則應該選擇何值進行buck,boost或buck-boost設計?
答:因boost與buck-boost電路電感平均電流隨D值增大而增大[IL=IO/(1-D)],故兩種電路電感需根據輸入電壓的最小值即VINMIN來設計,此時電感電流取最大值(平均值與峰值)。通常必須確保電感值能承載應用中的峰值電流而不飽合。buck電路的平均電流雖與輸入輸出電壓無關,但因高輸入電壓會使峰值電流增加,于是宜根據輸入電壓的較高值(VINMAX)選擇buck電感。
問題2:為何boost與buck-boost電路平均電感電流公式相同,而與buck電路如此不同?
答:buck電路中能量在整個開關周期里(在開關管導通與關斷期間)都一直不斷地流向負載(通過電感),所以,平均電感電流一定等于負載電流,即IL=IO
電容對平均電流的流動無任何影響,因為穩態情況下,電容上的電荷與每個開關周期末加在電感上的伏秒數一樣,平均值也為0(電荷是電流對時間的積分,以安.秒為單位)。若未達到平衡狀態,電容將持續充電(或放電),直到達到穩態(平均值為0)。
而boost與buck-boost電路中,能量僅在開關管關斷期間流到輸出端,且只能通過二極管流過,所以二極管的平均電流一定與負載電流相等,經過簡單計算,因整個周期的二極管平均電流為ILX(1-D),且等于負載電流IO,于是可以得到boost與buck-boost電路中IL=IO/(1-D)。
問題3:三種拓撲的平均輸出電流(即負載電流)與何相等?
答:buck電路的平均輸出電流與平均電感電流相等,而boost與buck-boost電路中其值等于平均二值管電流。
問題4:三種拓撲的平均輸入電流值與何相等?
答:buck電路的輸入電流只流過開關管,當開關管關斷時便會停止,所以平均輸入電流一定與平均開關管電流相等。在開關周期的導通時間D內,平均開關管電流值與平均電感電流值相等,也即buck電路中與負載電流相等。所以整個周期內的開關管電流數學平均值為DXIO,此必與輸入電流值 IIN相等。也可通過輸入與輸出功率對上式進行驗證。
根據上式可得,輸入功率與輸出功率相等,在計算過程中,假設開關管與二極管導通壓降為0,所以能量守恒無損,也即效率為100%。
同樣,因為boost變換器的輸入電流都流過電感,所以平均輸入電流與平均輸入電流與平均電感電流相等,即IO/(1-D),仍通過功率進行驗證
Buck-boost電路情況稍微復雜些,開關管導通時輸入電流流過電感,而開關管關斷時電感電流仍繼續流動,但與輸入無關,故只可得到平均輸入電流與平均開關管相等。因開關管電流中心值為IO/(1-D),所以其周期內數學平均值為DXIO(1-D),此即為平均輸入電流。仍通過功率進行驗證,可得PIN=PO
問題5:三種拓撲的平均電感電流與輸入或輸出電流有何關聯?
答:buck電路的平均電感電流等于輸出電流,即IL=IO ; boost電路的平均電感電流與輸入電流相等,即 IL=IN;buck-boost電路中其等于輸入電流(平均值)與輸出電流(平均值)之和,推導如下:
各種電流關系表如下:
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