BF-DC-DC变换电路原理及应用入门-任艳频清华大学出版社 9787302410782 epub pdf mobi txt 电子书下载 2024

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任艳频著

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发表于2024-11-05

商品介绍

店铺：华裕京通图书专营店

出版社：清华大学出版社

ISBN：9787302410782

商品编码：29765342401

包装：平装

出版时间：2015-11-01

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书籍描述

图书基本信息
图书名称	DC-DC变换电路原理及应用入门	作者	任艳频
定价	25.0元	出版社	清华大学出版社
ISBN	9787302410782	出版日期	2015-11-01
字数	184000	页码
版次	1	装帧	平装

内容简介

　　任艳频主编的《DC-DC变换电路原理及应用入门》以模拟电子技术课程中介绍的直流电源知识为基础，结合TI公司的电源管理芯片和WEBENCH仿真工具，对DC－DC变换电路的原理和应用进行入门性质的讲解。主要内容既有线性稳压器和开关稳压器电路基本工作原理，又有基于WEBENCH工具的TI电源管理产品线的选型和设计，同时还结合作者的产品开发经历介绍了三个实际的应用实例，此外还涉及开关稳压器电路的布局布线问题。
　　本书可以作为电源类选修课程的教材，也可作为学生在课外科技活动中进行电源制作的入门读物。

作者简介
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编辑推荐

本书作者从事多年电子电路等方面的教学和科研工作，积累了丰富的教学和科研经验，结合TI公司的电源管理芯片和WEBENCH仿真工具，从原理到应用进行入门性质的讲解。

本书有理论介绍、选型与设计、应用实例、PCB布局布线，从多方面介绍了DC-DC变换电路。

本书语言简洁、准确、易懂，描述清晰，可作为选修课程的教材，也可以作为有兴趣学生的课外读物。

本书帮助DC-DC变换电路设计初学者快速入门，并使其深入体会DC-DC电路设计的乐趣。

文摘

第3章开关稳压器
3.1开关稳压器的产生和发展第2章介绍了线性稳压器的产生和发展、基本组成和工作特点、基本实现电路、产品实例和应用电路。线性稳压器具有结构简单、响应速度快和输出电压纹波较小等特点，但是它只能实现降压，而且当输入和输出压差较大时，电路的效率比较低。调整管好比是一个可调电阻，位于输入和输出之间，承受着多余的压差，得到特定的输出电压。调整管一直工作于线性放大区，消耗能量。能量从输入到输出的传输是连续不断的。本章将介绍的开关稳压器与线性稳压器大的不同是开关稳压器中的调整管工作在开关状态。调整管可视为一个随着某种规律进行断开、闭合动作的开关，能量以间歇式的脉冲形式从输入端传递到输出端。当调整管处于断开状态时，调整管工作于截止区，电阻很大，流过的电流很小；当调整管处于闭合状态时，调整管工作于饱和区，饱和压降很小。在这两种状态下，调整管的功耗都较小，所以开关稳压器通常可以达到比较高的效率。如何实现能量从输入到输出的间歇式传递呢？图3.1（a）将调整管简化为一个开关，接在输入Vin和负载R之间［1］。可以看出，当开关闭合时，输出电压与输入电压相同；当开关断开时，输出电压为0。输出电压的波形如图3.1（b）所示。

图3.1简易开关稳压器模型

如果以某种方式控制开关周期性通断，周期为T，占空比为D，则输出电压的平均值为VOUT(avg)=Vin×D。在周期T不变的前提下，调节占空比D，一个周期内开关闭合的时间长度t(on)将发生变化，输出电压的平均值也随之线性变化。这种调制方式称为脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）。在上述模型下，输出电压和电流都不连续，显然无法为后续的负载提供稳定的直流电源。为了得到平滑的电压和电流输出，可以在后面加LC滤波电路。修改后的开关稳压器模型如图3.2所示［1］。

图3.2改进的开关稳压器模型

利用图3.2所示的开关稳压器模型，由于电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变，当L、C参数合适时，可以获得连续的输出电压和输出电流，分析如下：图3.2（a）中，当开关置于位置1时，L、C储存能量；当开关置于位置2时，L、C释放能量。等效电路分别如图3.2（b）和图3.2（c）所示。若在合适的L、C取值下，输出电压VOUT比较平滑，纹波可以忽略不计，则在图3.2（b）中，电感两端的电压近似恒定为VIN-VOUT，流过电感的电流iL(t)线性增加。在图3.2（c）中，电感两端的电压近似恒定为-VOUT，流过电感的电流iL(t)线性减小。流过电容的电流iC(t)=iL(t)-VOUT/R，当VOUT足够平滑时，它的斜率和iL(t)相同。假设开关控制信号的占空比D和L、C的取值合适，当流过电感的电流未减小到0时又开始进入储能，则称为连续电流模式（Continuous Current Mode,CCM）。此外还有断续电流模式（Discontinuous Current Mode,DCM）和临界电流模式（Boundary Current Mode,BCM）［5］。
在CCM模式下，图3.2中的各信号波形如图3.3所示［1］。

图3.3图3.2开关稳压器的波形示意图

图3.3中的TS为开关控制信号的周期，D为占空比，D′=1-D。由图3.3可以看出，电感L的工作情况如下：当开关置于位置1时，流过L的电流iL(t)线性增加，L工作于储能状态。当开关置向位置2时，流过L的电流iL(t)线性减小，L工作于释能状态。在CCM模式下，iL(t)始终大于0。电容C的工作情况如下：当开关置于位置1时，流过C的电流iC(t)线性增加，且电流方向先负后正。刚开始时，iC(t)<0，电容C工作于释能状态，继续释放上一开关周期储备的能量，为负载提供电流，电容两端的电压vC(t)减小。之后，iC(t)>0，电容C工作于储能状态，电容两端的电压vC(t)增大。当开关置于位置2时，流过C的电流iC(t)线性减小，且电流方向先正后负。刚开始时，iC(t)>0，电容C工作于储能状态，继续充电，电容两端的电压vC(t)继续增大。之后，iC(t)<0，电容C工作于释能状态，为负载提供电流，电容两端的电压vC(t)减小。输出电压VOUT为vC(t)的平均值。根据伏秒法则［6］，在图3.3的个波形图中：
(VIN -VOUT)×DTs=VOUT×(1-D)Ts
可以得出：
VOUT=VIN×D
由此，通过该开关稳压器模型，仍然可以得到和输入电压及占空比成正比的输出电压。而且从图3.3中的vC(t)波形可以看出，通过LC滤波，与图3.1(b)中的波形相比，输出电压变得连续平滑。但较之第2章的线性稳压器，开关稳压器输出电压的纹波还是要大一些。图3.3中的输出电压纹波峰值为Δvo。通过上述电路得到的输出电压VOUT=VIN×D，它总是小于输入电压VIN，这样的电路称为降压（Buck）变换电路。为了实现升压（Boost）变换，只需将图3.2（a）稍作修改，将电感L移至单刀双掷开关的前端，如图3.4所示［1］。

图3.4升压开关稳压器模型

在图3.4中，当开关置于位置1时，L储存能量，C释放能量；当开关置于位置2时，L释放能量，C储存能量。若在合适的L、C取值下，输出电压VOUT比较平滑，纹波可以忽略不计，则在开关置于位置1时，电感两端的电压恒定为VIN，流过电感的电流iL(t)线性增加；当开关置于位置2时，电感两端的电压近似恒定为VIN -VOUT，流过电感的电流iL(t)线性减小。根据伏秒法则：
VIN×DTs=(VOUT-VIN)×(1-D)Ts
可以得出：
VOUT=VIN/(1-D)
由此，实现了升压变换。3.2节和3.3节将重点对Buck开关稳压器的基本组成和基本实现电路进行介绍。3.4节将分别结合一个Buck和Boost开关稳压器产品进行实例分析。3.2Buck开关稳压器的基本组成及工作特点图3.2的开关稳压器模型给出了从一个直流电压输入得到另一个平滑的直流电压输出的原理，但它还不足以构成一个完整的开关稳压器。
首先，需要解决开关通断控制的问题。电路中应该有一个波形振荡电路，产生占空比D的矩形波，控制开关的通断。另外，更重要的，开关稳压器的核心作用是在输入电压或负载变化时，能给出稳定的输出电压。为此，和线性稳压器类似，负反馈的引入是必不可少的。当某种原因引起输出电压发生变化时，通过采样电路，将此变化引回到电路，并转换为控制开关通断的矩形波占空比D的变化，从而抵消输出电压原来的变化。Buck开关稳压器的基本组成如图3.5所示，它包含调整管、开关控制电路、采样电路、基准电压电路、比较放大电路和LC滤波电路六个部分［2］。

图3.5Buck开关稳压器的基本组成

与线性稳压器相比，Buck开关稳压器的基本组成增加了开关控制电路和LC滤波电路这两个模块。图3.5中的调整管不再工作于线性放大区，而是在开关控制电路的作用下，工作在截止区或者饱和区。这样，调整管上所消耗的能量大大减少。能量不再连续地从输入端向输出端传递，而是以脉冲的形式间歇传递，再通过LC滤波电路在输出端平滑地释放。这就是开关稳压器和线性稳压器的根本区别所在。与线性稳压器类似，Buck开关稳压器仍然通过负反馈来实现稳压。当输入电压或负载发生变化时，将引起输出电压的变化。通过采样电路，将变

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