DC—DC开关功率型变换器电路分析和调试

杨学锋

【摘要】通常DC-DC变换电路所需元件较多，电路较复杂。本文对DC-DC开关型功率变换器电路进行了分析探讨，为实际DC-DC开关变换器的设计和调试提供了新的思路。

【关键词】DC-DC开关；功率型变换器；基本电路

1.电感量的选择

在Buck型开关变换器中，流过储能电感L的电流效能发生突变，该电流近似线性上升和线性下降，而且电感量越大电流的变化起伏越平滑，电感量越小则电流变化起伏越陡峭。当电感量小到一定值时，就会发生在功率开关管截止瞬间，电感L中储存的能量也刚好释放完毕，此时储能电感L的电感量就称为临界电感量Lc。如果当储能电感L的电感量小于Lc时，就会发生功率开关管尚未处于关断状态时，储能电感L中的电流已变为零，于是电感L上的电压也变为零，开关管及储能电感上的电压就会发生台阶式突变，作为稳压电源在有负载时绝少允许出现这种情况，因为这种情况将会引起电源稳压特性的明显恶化，甚至会产生附加的振荡。对负载来说，也不允许有这种情况发生，因为这种情况会使负载电路出现间断性供电，最后引起负载电路丢失信息或工作不正常。所以在开关电源的设计中，电感量的选择是一个重要的设计参量。在实际电感量的设计中，只要计算出电感电流临界连续时的电感量，当实际电感大于此电感量时，电感电流工作在电感电流连续模式（CCM），相反，工作在断续模式（DCM）。下面以Buck型开关变换器为例来讨论电感电流临界连续模式时电感量的计算。

2.滤波电容选择

由Buck型关变换器的工作原理分析可以看出，滤波电容的作用主要是在开关关断时为负载供电和减小输出电压中的的纹波。如果濾波电容C的容量足够大，则输出电压UO为常数，然而在电容C为有限值的情况下，直流输出电压将会有纹波成分。输出滤波电容C的选择直接关系到开关稳压电源输出电压中纹波电压分量△UO大小。一般地，在设计DC-DC开关变换器时，输出滤波电容C的容量主要应根据对稳压电源输出纹波电压△UO的要求来设计。因此根据电容充放电工作原理分析便可以确定出电容的大小。图3给出了Buck型开关变换器电容工作过程波形。

5.总结

由分析可知，开关管工作频率的选择设计不仅与电感量的选择、滤波电容选择、滤波电容设计、转换效率设计有关，而且参数之间具有相互关联关系，选择时必须兼顾多方面性能指标要求进行频率设计。从整体上考虑，提高开关管工作频率可以减小储能电感、滤波电容，同时可以减小输出纹波电压大小；但是高频率并不一定能减小变换器的体积原因是开关管的损耗与开关频率成正比，同时会使开关管的损耗增大，则开关管需要更大的散热器以限制其温升。同时续流二极管由于开关频率的提高也会增加损耗，且需要更大的散热器，随着功率器件性能的提高，结电容等寄生参数的减小，普通DC-DC的开关频率可以提高到500KHz以上。