影响减速转换器效率和损失的各种因素

重压转换器是一种DC-DC转换器,可产生高于或低于输入电压的输出电压,使它成为动力电子中各种应用的多功能电转换电源结构,在这些应用中,输入电压调节和输出电压要求可能不同。

硬力加速转换器以两种不同的模式运作:“buck”模式,输出电压低于输入电压;“buck”模式,输出电压高于输入电压。“bust”模式,输出电压高于输入电压。这两种模式之间的过渡是平稳的,使转换器能够在不同的输入条件下保持稳定的输出电压。

重力加速转换器使用一个开关(通常是晶晶体管)和一个二极管操作,该开关控制着电流通过感应器和电容器流动。在开关的状态下,能量储存在感应器中,在调离器状态下,能量通过二极管传输到输出。开关的值勤周期,或O-时间与转动周期总周期的比率,决定了转换器的输出电压。调整值周期使输出电压能够控制并维持在理想水平上。

根据转换器的操作理论,从DC电源E获得的磁能随着时间推移在引力中积累。这种能量在时间里被转移到负载中。负载的电压必须具有图8中描述的极度,因为二极体以特定的方式定位。负载电压的正终端与DC电源的负终端相连,表明该转换器在负载中进行电转换。这是一个重要的转换器特性,可能会限制其使用地点。

Figure 8: The buck-boost converter circuit diagram

当开关(图9)开关时,导引器与DC电源E连接,导致导引电流从最小值直线增长到最大值(图11)。 在此期间,二极管由于U和DC电源E的电压总和而反向偏向,因此没有进行。

Figure 9: The buck-boost converter circuit diagram – interval tON

当开关关闭时,导电流通过二极管D(图10)确定,将导电的磁能转移到负载。如图11所示,在负载电U的影响下,导电流从最大值下降到最低值。

Figure 10: The buck-boost converter circuit diagram – interval tOFF

在稳定状态下,整个感应器的平均电压值为零,这意味着:

$$S_+ = E cdot t_{ON} = S_- = U cdot t_{OFF} Rightarrow U = E cdot frac{t_{ON}}{t_{OFF}}$$

因此,这一转换器可以作为一个逐步下调或逐步上调转换器(t)ON/tOFF然而,应当指出,与助推转换器一样,电压助推器的功能受到电路损失的限制。

Figure 11: The buck-boost converter – inductor voltage and current versus time graph

热力转换器与其电路表上的推力转换器和热力转换器有一些相似之处。 下面是压力转换器的一些主要部分:

开关( S): 通常情况下,像MOSFET这样的电动晶体管会调节导体的当前流量。转换器的操作模式和输出电压取决于开关的上方和调值状态。

二极 (D):当开关处于离岸价格位置时,它只允许电流向一个方向流动,从引文到输出。输出电容器由于二极管无法向输入源排放。

诱导剂(L):开关在状态上的储存能量, 并在离岸价格状态下释放到输出中。 引力对于平滑输出电压和当前波形至关重要 。

电容器(C):通过储存和释放能量来过滤和平滑输出电压波形,通过减轻电压波和瞬时反应来保持稳定的输出电压。

输入和输出过滤器:这些是可选部件,通常是电容器或感应电容器(LC)组合,用于减少电磁干扰和转换器输入和输出时的噪音。

充气转换器的地形学可以通过多种方式建立,包括非倒转、uk和单端初级感应转换器(SEPIC)配置。 这些设置在输入-输出分离、电压极和效率方面都有独特的好处。

最后,压强转换器使用关键部件,包括开关、二极管、感应器和电容器来控制和维持输出电压。它结合了压强和推力转换器的地形。 压强转换器的不同配置提供了特殊的好处,根据特定应用需要量身定制。

Continuous and Discontinuous Conduction Modes

有两种独有的导导模式可以使用,即连续导导模式(CCM)和连续导导模式(DCM),这些模式基于感应器当前在转换周期中的行为方式。

连续传导模式(CCM):《集束弹药公约》的感应器电流从未达到零,在转换周期中始终保持正值。这种操作模式通常在低输出电压波需要时或高功率应用时选择。与《集束弹药公约》相比,《集束弹药公约》具有较高的瞬时反应能力、更顺畅的波形和更高的效率。然而,为了确保流动不变,《集束弹药公约》需要更大的导管值,这可能导致规模和成本的增加。

连续连续导导模式(DCM):在数据元件管理中,转换周期中有些时期没有将能源转移到产出,因为感应器的电流下降到零。当负荷流大幅下降或低功率应用时,经常会观察到数据元件管理。这种操作方法通过精简控制战略,可以产生较小的感应器价值和更紧凑的设计。另一方面,数据元件管理则造成更多的输出电压波波、更大的转换损耗以及更低的总体效率。

个人应用要求、预期性能特征和设计限制将决定是否应该使用CCM或DCM。 转换器偶尔可以在两种模式下工作,当装载电流波动时在两种模式之间转换。 系统的稳定性和性能必须维持在所谓的边界导电模式(BCM ) 或关键导电模式(CrCM ) ( CrCM ) , 这需要更复杂的控制技术。

Design Considerations and Calculations

为了达到最佳性能、效率和可靠性,在设计减速转换器时必须考虑若干因素,其中包括部件的选择、控制战略和参数计算,本节将概述减速转换器的主要设计考虑和计算。

选择构成部分:转换器的性能在很大程度上受到许多部件的选择的影响,包括切换装置、二极管、感应器和电容器。切换装置,通常是MOSFET,需要按适当的电压和电流来评定,以承受预期的压力。二极管应有一个较低的前方电压滴和快速反转恢复时间来减少损失。应选择导引体,以维持连续或中断的导电模式,并产生所需的输出电压波。为减少损失,电容器应具有低等量的序列耐力和足够的能力以保持输出电压的稳定。

控制战略控制战略:瞬时反应、稳定性维持和输出电压调节的性能在很大程度上取决于控制策略。输出电压通常由脉动波调制(PWM)管理,经常用于调整转换装置的值勤周期。在不同的负荷和输入电压条件下,任务周期由反馈循环调整,通常使用电压参考和错误放大器。

参数计算:在设计过程中必须计算若干关键参数,以确保压强转换器的正常运行。

值日周期(D):值日周期确定实时与总切换期的比率,控制输出电压。对于减压转换器,可用下列公式计算值周期:

$$D = frac{V_{out}}{V_{in} + V_{out}}$$ $$U = E cdot frac{ t_{ON}}{t_{OFF}}$$ $$Rightarrow U + E = U + U cdot frac{t_{OFF}}{t_{ON}} = U cdot frac{ (t_{ON} + t_{OFF})}{t_{ON}} = U cdot frac{ T}{t_{ON}} = frac{U}{d}$$ $$Rightarrow d = frac{U}{U + E} = frac{V_{out}}{V_{out} + V_{in}}$$

感应值 (L): 感应值影响输出电压波并确定导电模式。 感应值可以使用预期的波纹流( IL)、 切换频率( fsw) 和值周期( D) 来计算。 在重力加速转换器中, 感应值可以使用以下公式来计算:

$$L = frac{Vin cdot D}{Delta I_L cdot f_{sw}}$$

当切换设备打开时( t)ON),电导器储存能源,当它关闭时释放(t)OFF在转换周期中,诱导器峰值和谷流之间的差别被称为引导器当前波纹(IL)。较小的引引力价值将产生更大的当前波纹,从而可能对转换器效率和输出电压波产生影响。根据输入电压、任务周期所期望的当前波纹和切换频率,设计师可以选择正确的引引力值,以产生最佳性能并保持应用的偏好导电动模式。

电容器值( Cin 和 Cout)输入和输出电容器有助于维护电压稳定性,并过滤高频噪音。根据所需的输入和输出电压波、调频和装载电流,可以计算出电能值。最后,在设计加速转换器时,必须认真考虑部件的选择、控制方案和参数计算。设计师可以通过考虑到这些标准,取得最佳性能、有效性和可靠性。

Efficiency and Losses

效率对电转换器的热管理和总体能源消耗有重大影响,使其成为一项关键的性能衡量标准,本节将阐述影响减速转换器效率和损失的各种因素。

行为损失转换器部件的阻力,特别是开关装置、二极管、感应器和电容器的阻力,造成传导损失。开关装置的在州上的阻力(RDS(on))和电流通过电流都会影响传导损失。二极管承载的前方电压滴(Vf)和电流在装置中造成损失。由于它们各自的一系列阻力(ESR)和DC的阻力,感应器和电容器承受着损失。消除这些阻力可以最大限度地减少传导损失并提高效率。

转置损失: 开关设备开关发生于各州之间和各州之间开关时,即发生开关损失。这些损失是过渡期间电压和电流重叠以及装置寄生能力中能量储存重叠造成的。使用低门电(Qg)装置和设计门驱动电路以减少转接时间,可以降低转接损失。此外,低开关频率操作可能有助于减少转接损失,同时保持产出电压稳定性和波纹性能需要更大的被动部件。

磁力损失:核心材料中的歇斯底里和摇晃流、近距离和风向中的皮肤效应都对导引器中的磁性损失负有责任。 利用低岩心损失的合适核心材料、改进刮线方法,以及在某些情况下以较低的转接频率操作,都有助于减少高频磁性损失。

C. 控制损失和辅助损失:转换器的控制电路,包括门驱动器、误差放大器和电压参考,也增加了总功率损失。尽管这些损失与其他损失相比往往微不足道,但在确定转换器的总体效率时,应考虑到这些损失。

Applications and Examples

Buck-Bowest转换器是多种用途的多功能功率转换装置,可以加速或降低输入电压以满足具体的产出要求。本节探讨一些典型的应用和buck-Bast转换器的例子。

便携式电子设备比如智能手机、笔记本电脑和医疗设备都使用能够排放的电池。 巴克-加速转换器确保稳定的输出电压,以达到最佳性能,即使电池电压低于理想水平。

能源收获系统如太阳能电池板和热电发电机等,由于环境条件,输出电压可变,Buck-Bast转换器调节这些电压,为下游载荷或电池充电提供稳定的输出。

汽车电子设备对各种系统有不同的电压要求,这些电压转换器通过维持稳定的电力供应可以提供,这确保了可靠的性能,即使由于车辆电气系统或电池电压的波动而造成不同的输入电压,也确保了可靠的性能。

工业和电信设备Buck-bast转换器可以保持精确的输出电压,即使由于线条扰动或负载变化造成输入电压变化。

巴克-加速转换器调节电流和电压LED照明系统这些转换器可容纳不同电源,包括电池、AC-DC适应器和可再生能源系统的各种输入电压。

责任编辑：彭菁