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DC-DC开关电源变换器的原理图,Buck变换器的基本拓扑形式

来源: elecfans
2021-03-11
类别:电路图
eye 53
文章创建人 拍明

原标题:DC-DC开关电源变换器的原理图,Buck变换器的基本拓扑形式

DC-DC开关电源变换器是一种将直流电压或电流电平转换为另一种直流电压或电流电平的电子电路。以下是DC-DC开关电源变换器及Buck变换器的基本拓扑形式和相关原理介绍:

一、DC-DC开关电源变换器原理图

虽然具体的DC-DC开关电源变换器原理图可能因不同的设计和应用而有所不同,但基本原理是相似的。它通常包括一个输入电源、一个开关元件(如MOS管)、一个储能元件(如电感)、一个输出滤波元件(如电容)以及一个负载。开关元件通过控制其导通和关断,将输入电源的直流电压转换为所需的直流输出电压。在转换过程中,储能元件(电感)用于储存和释放能量,而输出滤波元件(电容)则用于平滑输出电压,减小纹波。

二、Buck变换器基本拓扑形式

Buck变换器,又称降压电路,是一种应用非常广泛的非隔离DC-DC转换电路。其基本拓扑形式包括以下几个主要元件:

  1. 开关管Q1:通常是一个MOS管或IGBT等可控开关元件。

  2. 续流二极管D1:在开关管关断时,为电感中的电流提供续流路径。

  3. 储能电感L1:用于储存和释放能量,实现电压的转换。

  4. 输出滤波电容C1:用于平滑输出电压,减小纹波。

  5. 负载电阻R1:代表变换器的输出负载。

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工作原理

  1. 开关管导通阶段:当开关管Q1导通时,输入电源Vin通过开关管Q1和电感L1向负载R1供电。此时,电感L1中的电流逐渐上升,同时产生左端正右端负的自感电势阻碍电流上升。电感L1将电能转化为磁能储存起来。

  2. 开关管关断阶段:当开关管Q1关断时,电感L1中的电流不能突变,因此会产生右端正左端负的感应电动势阻碍电流下降。此时,续流二极管D1导通,为电感L1中的电流提供续流路径。电感L1中储存的磁能转化为电能释放给负载R1。

通过控制开关管Q1的导通和关断时间(即占空比D),可以调节输出电压Uo的大小。在稳定工作状态下,电感L1在一个开关周期内补充的能量和释放的能量是相等的。

输入输出关系

根据电感充放电的原理和伏秒积平衡原则,可以推导出Buck变换器的输入输出关系为:Uo=D×Vin,其中D为占空比,Vin为输入电压。由此可见,Buck变换器只能实现降压功能。

结论

DC-DC开关电源变换器及Buck变换器在电子电路中具有广泛的应用。通过理解其基本原理和拓扑形式,可以更好地设计和优化相关电路,以满足不同的应用需求。


责任编辑:David

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