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开关转换器包括无源器件，如电阻器、电感、电容器，也包括有源器件，如功率开关。当您研究一个功率转换器时，这大多数器件都被认为是理想的：当开关关断时，它们不会降低两端的电压，电感不具有电阻损耗等特性。实际上，所有这些器件，无论是无源的还是有源的，都远不是完美的。它们的存在如何影响降压开关转换器的直流传输功能是本文将要研究的主题
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5个回答
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电阻损耗
当电流流动时，一个闭合的开关具有一定的电阻(MOSFET为rDS(on))，其两端会有压降。当开关从一种状态切换到另一种状态时，它通过线性模式过渡，在这种模式下，它还会消耗功率影响能效(开关损耗)。在导通时，二极管可以用电压源VT0与动态电阻rd串联建模。当电流在这个网络中流动(二极管是导通的)，您还观察到其两端的压降，正向压降注为Vf，等于 关于无源器件， RMS电流在电感和电容器中流动时会产生热量，这时通过的等效串联电阻(ESR)分别注为rL和rC。其他现象，如磁损耗或断态漏电流，也会导致能效降低，但在这里不作考虑。图1所示为这些寄生器件的简化图。 |
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完美案例
这些不同的压降会影响转换器的直流和交流传递函数。直流方面，由于欧姆路径的存在产生了不同的压降，必须在某个点进行补偿(环路会作这些处理)，同时在交流方面，因为(a)电阻的降低会产生影响增益的分压器，(b)能耗意味着阻尼，因此尖锐的共振峰很可能受到这些寄生器件的影响。如果它们的影响在高压应用中不那么重要，例如24 V应用中的1 V伏Vf，但您不能再忽视它们在低压电路中的作用，例如在便携式电池供电应用中的影响。 在考虑或不考虑这些寄生项的情况下，可以不同的方式计算降压转换器的输出电压。最简单的选择是使用所谓的伏特-秒平衡定律计算电感两端的平均电压。即，在稳态(指转换器已达到其输出目标并稳定)时，电感两端的平均电压为0 V。数学表达式可写为： |
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2019-8-7 18:01:23
评论
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现在让我们来运用，同时考虑器件是完美的，没有电阻损耗和下降。在降压转换器中，当在ton时关断开关，处于稳态，一个电感终端接收Vin，而另一个接Vout。V-s计算为：
添加电阻路径 现在让我们通过添加rds(on)、电感欧姆损耗rL和二极管正向压降Vf使电路复杂化。在on-state期间，我们有图3的电路，其中R代表负载： |
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MOSFET和其他欧姆路径
在导通期间电感伏秒不再描述为(2)，需要更新。在导通期间流过的电流为Iout，等于 我们可计算电感在关断期间的伏秒，通过考虑电感右端偏置在Vout，而它的左端偏置到 从(8)中，我们可提取由控制回路调整的占空比值，以使Vout保持在目标值： |
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正激转换器
正激转换器是一种降压衍生结构：一种加有隔离变压器的降压转换器。必须确保正激变换器逐周期铁心退磁，并有多种变量来实施这机制。图6所示为将第三个变压器绕组与二极管D3相关联的最简单方法。假设初级端为1：1的匝比，这个额外的绕组对磁化电感Lmag施加一个退磁斜率，与Q1导通时相同。因此，最大占空比必须小于50%，以确保在最坏的情况下确保铁心复位。更详细的结构，如正向有源钳位提高这个限制到60-65%，但这里不作研究。理想的正激转换器的经典直流传递函数公式为 当您考虑变压器的缩放作用时，只是认为一个经典的降压转换器除了NVin不再接收Vin。 在不涉及变压器运行细节的情况下，我们可探索这种开关转换器的导通和关断阶段。当控制器指示功率开关导通时，施加到变压器主回路的电压为Vin减Q1的压降。下降是因为在导通时电流在开关提供的电阻路径中流动。该电流由两个分量组成：磁化电流和变压器匝比N施加的反射输出电流。在D1和D2阴极的交界处，初级端电压因D1的正向压降而降低。最后，输出电流Iout引起rL的压降，如图7所示，我们忽略了磁化电流的作用。 因此，在导通期间，电感伏秒表示为 在正激转换器中仍可使用损耗模型。然而，在导通期间，结合次级端D1的影响，初级端的MOSFET有压降。这需要添加一个简单的直接插入的表达式，在图8中以源B1的形式表示。在这个仿真电路中，器件值对应于一个100 kHz正激转换器，由一个36-72V电信网络供电，以20 A额定电流输出5V。二极管的总压降平均为0.6V，两种器件的压降相等。变压器匝数比为1:0.4，功率开关rDS(on)为100 mΩ。在rL为10 mΩ时，(14)得出占空比为41.2%，而(11)得出占空比D为34.7%。如原理图上所反映的偏置点所示，SPICE还确定了占空比为41.2%，证实了我们推导的公式。 为了改进仿真，我们使用SIMetrix Technologies [2]的演示版本SIMPLIS® Elements捕获了相同的电路。电路图如图9所示，并在几秒钟内仿真。运行波形如图10所示。对于5V的输出，导通时间测量为4.115 µs，在10秒的开关周期内相当于41.15%的占空比，非常接近我们的计算结果。实际上，磁损耗和输入线压降(例如，通过一个滤波器)也会使计算失真，而且很可能最终的占空比略高于这个计算值。但是，您将不会看到如(11)一样大的差异。 图8：有损模型很好地仿真了受电阻损耗影响的正激转换器 最后，SIMPLIS®可以从开关电路中提取小信号响应，因为它采用分段线性方法。二阶响应如图11所示。相较平均模型，您可改进电路，看看额外的损耗如二极管trr或磁损耗将如何影响品质因数Q和其他参数。 Phase/degree：相位/度数 图11：SIMPLIS®提供动态响应，无需像SPICE那样使用平均模型 总结 这篇短文介绍了各种压降会如何影响CCM模式下的降压转换器的直流传递函数。如果对于大的输入/输出电压，通常可以忽略压降，那么当输入源值较低或调节的输出电压达到几伏特时，就不可忽略了。考虑到这些损耗对于计算精确的占空比很重要，特别是在调谐网络与正向有源箝位相同的情况下。一个包含导通损耗的平均模型可以很好地预测导通损耗对工作点的影响。SIMPLIS®也有很大帮助，特别是如果您设计的转换器没有平均模型可用。 |
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