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开关型调整器拓扑

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开关型调整器拓扑

Buck开关型调整器

串接晶体管的高功耗和笨重的工频变压器使得线性调整器在现代电子应用中失去了重要地位。而且,高功耗串接元件需要的大散热片和大体积储能电容增大了线性调整器的体积。
随着电子技术的发展,电路的集成化使得电路系统的体积更小。一般的线性调整器输出负载的功率密度仅为0.2~0.3W/in3,不能满足电路系统小型化的要求。而且,线性电源适配器不能够提供数字存储系统所需要的足够长的保持时间。
取代线性调整器的开关型调整器早在20世纪60年代就开始应用。一般的,这些新的15W电源适配器使用开关晶体管将输入直流电压斩波成方波。方波由占空比调节,并通过低通输出功率滤波得到直流输出电压。
滤波器一般采用电感和输出电容。通过调节占空比,可以控制经过输出电容滤波的电压平均值。方波脉冲经过低通滤波器滤波后得到的直流输出电压等于方波脉冲的平均值Buck开关型调整器典型的拓扑及其波形如图所示。
使用合适的LC滤波器可将方波脉冲平滑成无纹波直流输出,其值等于方波脉冲的平均值。整个电路采用输出负反馈,通过检测输出电压并结合负反馈控制占空比,稳定输出电压不受输入网压和负载变化的影响。
目前高频开关电源适配器的功率密度可达20W/in3,而且可以获得与输入隔离的多组输出。它们无需工频变压器,效率达到75%~95%。有些DC/DC变换器功率密度可高达50w/in3

Buck调整器的基本符号和波形
补充: 电源适配器厂家介绍了以下开关型调整器的恒频工作方式,在这类调整器中,功率器件的导通时间(Ton)是可调的,而整个开关周期(T)是固定的,即开关频率(1/T)也是固定的。
比例Ton/T一般称为占空比。在某些书中,占空比用Ton/(Ton+Toff)表示,其中Toff是功率器件的关断时间,因此Ton+Toff=T。

除了恒频工作方式,还有导通时间固定而频率可调的工作方式,或者导通时间和频率均可调的工作方式。
dl、di、dV、dv、dT和dt的用法不是很严格,一般用来表示△l、△V和△的变化量。例如,△∥△t用导数d/dt表述,表示电流相对时间的变化量或波形的斜率。

12w电源适配器Buck调整器的基本工作方式
Buck调整器的基本电路如图1。4所示。晶体管Q1与直流输入电压V串联,通过Q1硬开通和硬关断,在V1处产生方波电压。采用恒频控制方式,占空比可调,Q1导通时间为T。Q1导通时,V1点电压为V(设Q1导通,压降为零),电流通过串接电感L流入输出端。Q1关断时,电感L产生反电动势,使V1点电压迅速下降到零,并变负值直至被二极管D1(也称续流二极管)钳位于-0.8V。
设此刻二极管D压降也为零,则V点电压波形为矩形波,如图所示,T时段电压为V,其余时段电压为零。该方波的电压平均值为V7/7。LC滤波器接于Ⅵ和V之间,它使输出点V成为幅值等于V7。/7的无尖峰无纹波的直流电压。
采样电阻R和R2检测输出电压V,并将其输入误差放大器(EA)与参考电压V进行比较。被放大的误差电压V被输入到脉宽调制器(电压比较器)PWM。PWM比较器的另一个输入是周期为T的锯齿波,如图所示,其幅值一般为3V。PWM电压比较器产生矩形波脉冲,即图(c)中的V=,它从锯齿波起点开始到锯齿波与误差放大器输出电压交点结束。因此,PwM输出的脉冲宽度T=与误差放大器输出电压成比例。
PWM脉冲输入到电流放大器并以负反馈方式控制开关管Q1的通断。其逻辑关系是:若输入电压V稍升高,则EA输出电压V将降低使锯齿波与V交点提前,Q1导通时间T。缩短使输出电压V0=VdcTon/T保持不变。同理,若V下降,则导通时间7正比的延长使保持不变。Q1导通时间的改变使采样电压总是等于参考电压,即V0R2/(R2+R1)=Vref。


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| 发布时间:2019.01.10    来源:电源适配器厂家
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