Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用

为使Buck变换器以较小的电感达到期望的输出纹波电压指标并满足本质安全要求,在输入电压?负载构成的平面上,按电感的取值将Buck变换器划分成四个工作区域,求出其在各个区域的输出纹波电压极大值;指出在变换器输出电流最大的情况下,如果电感的取值使得变换器在输入电压最低时处于连续导电模式(CCM),而在输入电压最高时处于不连续导电模式(DCM),则输出纹波电压极大值最高;最小负载电阻和最高输入电压所对应的CCM和DCM的临界电感,即为整个工作范围内使输出纹波电压极大值最低的最小电感.实验结果验证了理论分析的正确性.     

buck变换器的输出本质安全特性分析及优化设计

用buck变换器的电感和电容的最大储能之和反映其输出短路释放能量，推导了buck变换器在连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）下的最大输出短路释放能量，若它们部小于最小点燃放电能量，则该变换器是满足输出本安要求的。指出如果变换器在最小负载电阻和最高输入电压的情况下处于CCM，则该状态下的输出短路能量就是该变换器在整个工作范围的最大输出短路释放能量。根据输出纹波电压指标将最小输出电容值用电感表示出来，并通过令最大输出短路释放能量对电感的偏导数为0的方法，得出在给定设计指标条件下使最大输出短路释放能量最小的电感和电容设计参数。实验结果验证了理论分析的正确性。     

设计内部本质安全型Boost变换器电感的设计

分析了Boost变换器工作于连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）时的峰值电感电流.指出在给定开关频率、输入和输出电压时,变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是该变换器在整个负载范围内工作时的最大电感电流,并将其与最小点燃电流相比较作为变换器在该工作模式下内部电感本质安全的判断依据.文中给出了实例,仿真结果验证了理论分析的正确性.     

单电感双输出Buck变换器的供能模式及输出纹波电压分析

由于后级开关的存在,使得单电感双输出(SIDO)Buck变换器的供能模式变得复杂化,为给SIDO Buck变换器的分析设计提供正确的理论指导,该文对SIDO Buck变换器的供能模式进行深入分析。发现变换器工作在连续导电模式(CCM)时存在完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM)两种供能模式,同时变换器工作在断续导电模式(DCM)时也存在两种供能模式:双支路供能模式(DSM)和单支路供能模式(SSM)。该文得到各供能模式的临界电感,推导各供能模式的输出纹波电压解析式,总结出供能模式和输出纹波电压与电感之间的关系,并指出变换器工作在CCM时两条支路输出纹波电压间存在交叉影响。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

内部本质安全型Boost变换器电感的设计

分析了Boost变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)时的峰值电感电流。指出在给定开关频率、输入和输出电压时,变换器工作在CCM下的最大峰值电感电流就是该变换器在整个负载范围内工作时的最大电感电流,并将其与最小点燃电流相比较作为变换器在该工作模式下内部电感本质安全的判断依据。文中给出了实例,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

电容电流–电容电压纹波控制单电感双输出CCM Buck变换器

为研究减小单电感双输出(single-inductor dual-output,SIDO)Buck变换器输出支路间交叉影响的控制方法,该文以工作于电感电流连续导电模式(continue conduction mode,CCM)的SIDO Buck变换器为研究对象,描述其工作原理和开关状态,推导出状态空间平均模型,并建立了SIDO CCM Buck变换器的功率级小信号模型。在此基础上,提出电容电流–电容电压纹波控制(capacitor current and capacitor voltage ripple controlled,CCVR) SIDO CCM Buck变换器,对其控制原理进行阐述,并建立了小信号模型。进一步地,分析了变换器输出支路间的交叉影响。结果表明:相比传统峰值电流型控制(peak current mode controlled,PCM) SIDO CCM Buck变换器,CCVR SIDO CCM Buck变换器可有效减小输出支路间的交叉影响。最后,由设计的CCVR SIDO CCM Buck变换器实验电路,验证了理论分析的正确性。     

二次型Boost变换器工作模式及输出电压纹波分析

根据二次型Boost变换器输入电感和储能电感的工作模式,划分了二次型Boost变换器的工作模式区域,并分析了不同能量传输模式时输出电压的纹波特性。根据储能电感电流谷值与输出电流的关系,分析了二次型Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式:完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM与IISM的临界电感值和临界工作条件。当储能电感工作于连续导电模式(CCM)时,二次型Boost变换器既可以工作于CISM,也可以工作于IISM;当储能电感工作于不连续导电模式(DCM)时,二次型Boost变换器只能工作于IISM。对于给定输入电感、负载、电容和开关频率的二次型Boost变换器,当储能电感工作于CCM-CISM模式时,输出电压纹波最小,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与储能电感无关;而当储能电感工作于DCM-IISM模式时,输出电压纹波最大,输出电压纹波随着储能电感的减小而增大。最后,通过试验装置验证了理论分析的正确性。     

Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

分析了Boost变换器在开关关断期间的能量传输模式，根据流经电感的最小电流与输出电流的比较，将其分为完全电感供能模式（CISM）和不完全电感供能模式（IISM），得出了CISM和IISM的临界电感和临界条件。指出工作在连续导电模式（CCM）的Boost变换器，既可能工作在CISM也可能工作在IISM；而在不连续导电模式（DCM）的Boost变换器，必定工作在IISM。指出对于给定负载、电容和开关频率的Boost DC-DC变换器，CCM-CISM模式的输出纹波电压最小且与电感无关；CCM-IISM模式的输出纹波电压较大且随电感减小而增大；DCM模式的输出纹波电压最大且亦随电感减小而增大；CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感。文中给出了实例，并用实验结果验证了理论分析的正确性。     

脉冲跨周期调制连续导电模式Buck变换器低频波动现象及其抑制技术

揭示并分析了连续导电模式(CCM)脉冲跨周期调制(PSM)Buck变换器中输出电压低频波动现象及其形成机理,提出了一种应用电感电流纹波注入反馈(ICRIF)法来抑制该现象的技术。结果表明,输出电容串联等效电阻(ESR)是影响PSM CCM Buck变换器控制性能的关键参数。选用较小ESR输出电容时将引发输出电压低频波动;而选用较大ESR输出电容时可抑制该现象,但输出电压纹波仍然很大。利用ICRIF法,可以抑制低ESR输出电容时的低频波动现象,还可以有效降低输出电压纹波。电路实验结果验证了理论分析和电路仿真的正确性。     

电压型变频纹波控制单电感三输出开关变换器

针对常用单电感多输出(Single-inductormultipleoutput,SIMO)开关变换器控制技术每个控制环路均需要补偿网络的问题,文中提出一种无补偿网络的连续导电模式(continuous conduction mode,CCM) SIMO Buck变换器电压型变频纹波控制技术。以单电感三输出(single-inductor triple-output,SITO) Buck变换器为例,推导CCM SITO Buck变换器工作于不同开关时序的切换条件;根据主开关管和输出支路开关管的切换方程,建立电压型变频纹波控制CCM SITO Buck变换器的s域小信号模型,从频率的角度通过波德图对输出支路的交叉影响进行理论分析。最后,搭建相应的实验样机,通过实验对比分析负载电流跳变对其他支路输出电压的影响。研究结果表明:相比于现有的控制技术,提出的电压型变频纹波控制CCM SITO Buck变换器技术显著抑制了输出支路的交叉影响,且控制环路无补偿网络,设计简单。     

一种新型单级PFC变换器的研究

提出了一种新型单级功率因数校正变换器的电路拓扑,分析了其工作原理。通过一台输出容量为600W的实验装置,研究了该电路拓扑的输入、输出性能指标。实验结果表明,应用该电路拓扑的实验装置,其功率因数较高,输入电流的总谐波畸变较低,输出电压纹波小,而且整个装置的效率也比较高。     

储能电感对二次型Boost PFC变换器的性能影响

相比于断续导电模式(DCM)Boost功率因数校正(PFC)变换器,输入电感L1和储能电感L_2均工作于DCM的二次型Boost PFC变换器的输出电压纹波明显减小,但其功率因数(PF)较低。首先分析了电感L1工作于DCM的二次型Boost PFC变换器PF值表达式,指出可通过适当增大变换器中间电容电压VC1以提高PF值。其次,研究了电感L_2取值对中间电容电压及其电压纹波的影响。研究结果表明,当L_2工作于DCM时,可以通过设置较大的电感L_2/L1比值,以实现变换器更高的功率因数和更低的输出电压纹波。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

A single‐phase buck‐boost PFC converter with output‐voltage,ripple‐reducing operation

This paper describes a new single‐phase buck‐boost power‐factor‐correction (PFC) converter with output‐voltage, ripple reducing operation. The converter consists of a conventional buck‐boost PFC converter and an additional switch to obtain a freewheeling mode of the dc inductor current, and is operated by two modulators. The first modulator controls the buck‐boost switch to obtain PFC. The other modulator controls the square value of the instantaneous dc inductor current to perform the output‐voltage‐ripple‐reducing operation. In the two modulations, the time integral value of the input and output currents in each modulation period are controlled directly and indirectly, respectively. Thus, modulation errors or undesirable distortions of the input current and output voltage ripple are eliminated even if the dc inductor current produces large ripple in a low‐frequency range. The theories and combination techniques for the two modulators, implementation, and experimental results are described. © 1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 126(2): 56–70, 1999     

伪连续导电模式Buck变换器的动态参考电流控制策略

为了提高工作于伪连续导电模式(PCCM)的Buck变换器的效率和瞬态响应速度,提出了一种新型动态参考电流(DRC)控制策略。DRC控制方式通过采样Buck变换器的电感电流信号和负载电流信号,并将两者进行加权平均,获得电感续流的动态参考电流信号。与传统恒定参考电流控制的PCCM Buck变换器相比,DRC控制的PCCM Buck变换器通过反馈负载电流提高了电路的轻载工作效率以及轻载时的输出电压纹波。通过引入电感电流信息和负载电流信息提高了电路的动态性能。仿真与实验结果均验证理论分析的正确性。     

多脉波整流器直流侧无源谐波抑制机理研究

为提高多脉波整流器的直流侧无源谐波抑制能力,研究了基于两抽头变换器的24脉波整流器直流侧谐波抑制机理。根据抽头变换器的结构及安匝平衡原理,分析了抽头变换器的功能及工作模式,研究了抽头变换器的工作模式对整流桥输出电流、整流器输入电流及负载电压的影响,给出了抽头变换器变比的理论最优值。理论分析及实验结果表明,抽头变换器的端电压会使其所接的两个二极管交替导通,对整流桥输出电流进行调制,进而产生环流,该环流流经交流侧时会抵消原输入电流中的12k±1(k为奇数)次谐波。另外,抽头变换器所接的两个二极管的交替导通,会在负载上产生附加电压,附加电压的存在可以显著降低负载电压的纹波系数。相应的实验结果验证了理论分析的正确性。     

Buck变换器轻载时三种工作模式原理及应用

降压型Buck变换器在轻载时有突发模式、跳脉冲模式和强迫连续模式3种工作模式.详细阐述了这3种模式的工作原理,同时介绍了它们的优缺点.突发模式通过滞洄比较器监控输出电压,其开关管工作的时间短,效率高,纹波最大;强迫连续模式电感的电流双向流动,其效率最低,纹波最小;跳脉冲模式工作在非连续电流模式(DCM)下,并跳去一些脉冲,其效率和纹波介于上述两种模式之间.给出了3.3V到2.5V的Buck变换器的设计和测试结果方法.     

二次型CCM Boost变换器能量传输模式

为了分析二次型CCM Boost变换器输出电压纹波特性,研究其能量传输模式.根据电感电流谷值与负载输出电流的关系,分析二次型CCM Boost变换器在开关管关断期间的能量传输模式,即完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM).分析在忽略输出电容等效串联电阻和存在输出电容等效串联电阻两种情况下,工作于CISM和IISM模式的二次型CCM Boost变换器的输出电压纹波特性,得出CISM与IISM模式的临界电感值和临界工作条件.分析结果表明,当二次型CCM Boost变换器工作于CISM模式,且忽略输出电容等效串联电阻时,输出电压纹波仅由开关管导通期间输出电容电压的下降幅度决定,与电感无关;而当存在输出电容等效串联电阻时,工作于CISM模式比IISM模式具有更小的输出电压纹波.实验结果验证了理论分析的正确性.     

Analysis and design of a push–pull DCM boost power factor corrector

A novel power factor corrector (PFC) composed of two‐phase discontinuous conduction mode (DCM) boost PFCs and a coupled inductor is proposed in this paper. By coupling the two‐phase boost inductors into the same magnetic core, both the circuit volume and the input ripple current are reduced. Therefore, the power factor (PF) value and the power density are improved. In addition, the output capacitor size can be smaller. The proposed topology distributes the input current and output current equally for the two phase modules. A cut‐in‐half duty cycle can decrease the conduction losses of the switches, and both the turns and diameters of the inductor windings, which help more in the reduction of the circuit volume. The advantages of a DCM boost PFC, such as natural zero‐current‐switching (ZCS) of the output diode, a natural PFC function and the simplified EMI filter design, are maintained. Detailed analysis and design of the proposed topology and the experimental results on a prototype with a 380‐V output voltage and a 200‐W output power are provided. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于UC 3854的高功率因数校正器设计

功率因数校正PFC(Power Factor Correction)是治理谐波污染的一种有效方法。设计了一种带中心抽头电感的单相Boost高功率因数校正器,与传统型功率因数校正主电路相比,该主电路拓扑结构只是在电感磁环上增加了几匝线圈,引出一个中心抽头,能够有效地抑制电流冲击,降低纹波噪声,提高了功率因数校正主电路的可靠性。控制电路采用平均电流型功率因数校正芯片UC3854。分析了尖端失真、输出电压飘升以及重载下输出电压参数调整等实际问题,并给出了相应的解决方案。仿真与试验结果表明,该Boost功率因数校正器设计合理、性能可靠,功率因数可达0.99,而且与流行的PFC控制电路兼容。