降壓式變換電路（Buck電路）詳解

等效的電路模型及基本規(guī)律

（1）從電路可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，此濾 波器設(shè)計(jì) 的原則是使 us(t)的直流分量可以通過(guò)，而抑制 us(t) 的諧波分量通過(guò)；電容上輸出電壓 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小紋波uripple(t) 。

（2）電路工作頻率很高，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電容充 放電引起的紋波uripple(t) 很小，相對(duì)于電容上輸出的直流電壓Uo有：

電容上電壓宏觀上可以看作恒定。 電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成，宏觀上可以看作是恒定直流，這就是開(kāi)關(guān)電路穩(wěn)態(tài)分析中的小紋波近似原理。

（3）一個(gè)周期內(nèi)電容充電電荷高于放電電荷時(shí)，電容電壓升 高，導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷減小、放電電荷增加，使電容電壓上升速度減慢，這種過(guò)程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡，此時(shí)電壓維持不變；反之，如果一個(gè)周期內(nèi)放 電電荷高于充電電荷，將導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷增加、放電電荷減小，使電容電壓下降速度減慢，這種過(guò)程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡，最終維持電壓不變。這種過(guò)程是電容上電壓調(diào)整的過(guò)渡過(guò)程，在電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，電路達(dá)到穩(wěn)定平衡，電容上充放電也達(dá)到平衡，這是電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的一個(gè)普遍規(guī)律。

（4）開(kāi)關(guān)S置于1位時(shí)，電感電流增加，電感儲(chǔ)能；而當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于2位時(shí)，電感電流減小，電感釋能。假定電流增加量大于電流減小量，則一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量為：

此增量將產(chǎn)生一個(gè)平均感應(yīng)電勢(shì)：

此電勢(shì)將減小電感電流的上升速度并同時(shí)降低電感電流的下降速度，最終將導(dǎo)致一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量為零；一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。這種在穩(wěn)態(tài)狀況下一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量（磁鏈平均增量）為零的現(xiàn)象稱為：電感伏秒平衡。這也是電力電子電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的又一個(gè)普遍規(guī)律。

電流連續(xù)

直流斬波是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為DC/DC變換。

斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式，Ts（周期）不變，改變Ton（通用，Ton為開(kāi)關(guān)每次接通的時(shí)間），二是頻率調(diào)制方式，Ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。

其具體的電路由以下幾類：

1、Buck電路：降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同。

2、Boost電路：升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同

3、Buck-Boost電路：降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同，電感傳輸。

4、Cuk電路：降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相反，電容傳輸。

用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開(kāi)關(guān)電源)， 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

當(dāng)今軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開(kāi)關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為(6、2、10、17)W/cm^3，效率為(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊RM系列，其開(kāi)關(guān)頻率為(200-300)kHz，功率密度已達(dá)到27W/cm^3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二極管)，使整個(gè)電路效率提高到90%。