电源技术网|技术阅读
登录|注册

您现在的位置是:电源技术网 > 技术阅读 > BUCK电路DCM模式的电压转换比公式推导[Erickson没讲清楚的]

BUCK电路DCM模式的电压转换比公式推导[Erickson没讲清楚的]

????关注“电源先生”,解析开关电源????

内容声明:部分图文参考网络公开内容,如有侵权,联系删除。

更新说明:①《开关电源宝典 降压电路(BUCK)的原理与应用》已经完成24万字600多页,初稿仍在完善中,部分章节内容不完整,无法严格按照章节顺序更新...②通常只能利用睡觉、工作之外属于我们自己的第三个8小时及周末写作,同时更新到订阅号中,所以是“每周&不定时”更新...

------------------------------------------------1. 简介
R. W. Erickson《Fundamentals of Power Electronics [2nd Edition]》的这本书,想必从事电源的同行们都不陌生,是一部非常经典的著作,非常全面且基础性的阐述了电力电子基础技术。
遗憾的是,目前还没有中文版本被翻译出来。
有幸的是,有些同行对部分章节做了翻译,需要了解的可以自行搜索。该书第5章节写的是“The Discontinuous Conduction Mode非连续导通模式,分析并总结了BUCK、BOOST和BUCK-BOOST这三种拓扑分别工作在CCM或DCM的条件。

我在学习过程中,看到有个公众号翻译文章的结尾,看到有人留言说5.28不是由5.195.27联立解得,只是个近似。实际上,5.28是由5.19和5.27联立解得的,R. W. Erickson在书中直接给出了结果5.28,没有给出解方程的过程。此文,给出具体的解方程的过程。

2. BUCK电路DCM模式的电压转换比

图 3.8 降压电路DCM模式下的电感电压和电流波形2.1 将“伏秒平衡”应用于降压电路DCM模式的电感电压波形
“伏秒平衡”这个“宗(底层不变的基本原理)”在降压电路的CCM、BCM和DCM三个模式下都是始终成立的。如前“3.1.4.1 CCM模式下的直流增益和直流传递函数”章节所述,降压电路CCM模式下 T_ON 时间内的电感电压为 V_(L,ON)=V_IN-V_OUT ,T_OFF 时间内的电感电压为 V_(L,OFF)=-V_OUT (电感电流是减小的,感应电压与输出电压方向相反),这同样适用于DCM模式。针对降压电路DCM模式下整个 T_SW 周期内,使用“伏秒平衡”原理可得(导通时间 T_ON 使用 D1*T_SW 表示,关断时间 T_OFF 使用 D2*T_SW 表示,未知时间使用 D3*T_SW 表示):从而,解得 (D1+D2) 的表达式如下:这由“伏秒平衡”原理得到。这里需要知道的是,D2 是未知参数。

2.2 将“电荷平衡”应用于降压电路DCM模式的电容电流波形

基于降压电路拓扑的“输出节点”,由基尔霍夫定律电流定律可知,电感电流等于电容电流与负载电流之和(负载电流使用 I_OUT = V_OUT / R 表示),即由“伏秒平衡”可知,输出电容上的电流平均值为零,即所以,电感电流平均值等于负载电流,即根据平均值计算公式(3.6)可知,降压电路DCM模式下的电感电流平均值(同时也是负载电流平均值,因为输出电容电流平均值为零)就是电流曲线三角形的面积对开关周期 T_SW 的平均,即(3.55)这里,电感电流平均值的计算,也可以参考“3.3.5 电感的平均电流”章节的方法,直接将电感瞬时电流公式代入平均值计算公式得到。如图 3.8所示,或根据电感公式 ∆I/∆T=V/L 可知,降压电路DCM模式下的电感电流峰值为综合(3.54) (3.55) (3.56)可得这由“电荷平衡”原理得到。这里需要知道的是,V_OUT 是未知参数,负载电阻 R 是已知参数。

2.3 解方程组

联立(3.51)和(3.57),将公式(3.51)代入公式(3.57)(消去D2),可得:将上述等式稍微整理,可得将上述等式两边同时除以 V_OUT ,且稍加整理,可得:将上述等式两边同时乘以 2L/(D1^(2)*T_SW ) ,可得:因为,降压电路的输入电压 V_IN 和输出电压 V_OUT 都是大于0的,所以方程(3.62)的根1(即公式(3.64))的倒数就是降压电路DCM模式下的电压转换比,即以上公式中, D 或 D1 表示导通时间的占空比,D2 表示关断时间的占空比,D3 表示降压电路DCM模式下未知时间的占空比, M_DCM (D,K) 中的“D”,表示 M_DCM (D,K) 是占空比D的函数(同时也是K的函数)。

3. 总结

1. 此文,推导并解方程得到BUCK电路DCM模式的电压转换比为公式(3.67),R. W. Erickson《Fundamentals of Power Electronics [2nd Edition]》书中给出的是(5.28)(重写如下),可见(3.67)与(5.28)是相同的。

2. 此文,重点分步给出了解方程的过程,联立(3.51)和(3.57)之后,将(3.58)转换为一元二次方程,进而求解,容易得到(3.67)或(5.28)。与朋友分享你的世界,点点“在看