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2018.08.09 AC/DC

何謂降壓轉換器-基本工作及非連續模式和續模式

非隔離型降壓轉換器的設計案例

關於非隔離型AC/DC轉換器設計,首先介紹電路工作。舉例的AC/DC轉換器,一般是被稱為“Buck Converter(降壓轉換器)”的產品。本來“Buck Converter”的意思就是降壓型轉換器,是在DC/DC轉換器中也使用的稱呼。只是雖然說法較多,但傳統的標準型降壓轉換器為二極體整流式(非同步式)的,因此存在習慣性地將二極體整流式的降壓轉換器稱為“降壓轉換器”的傾向。先不說稱呼了,降壓轉換器有幾種降壓方式,本案例中的降壓轉換器是前述的二極體整流式。

降壓轉換器的工作

下面使用基本的降壓轉換器範例,來說明其工作。通過瞭解基本工作以及電流路徑和各節點的性質,來逐步掌握週邊元件的選型標準和注意事項。圖中將高邊的電晶體和低邊的二極體替換為開關,示意性地進行說明。電路原理與DC/DC轉換器的二極體整流相同,由於直接開關並降壓轉換將AC電壓整流的高電壓,因此作為開關的電晶體和二極體,需要是高耐壓產品(比如600V耐壓)。

A4_2_ton
・高邊開關(電晶體)ON時,
 電感L流過電流IL,積蓄能量
・此時,低邊開關(二極體)OFF
・電感電流IL通過以下公式表示

 (ton:導通時間)

A4_2_fton
A4_2_toff
・高邊開關(電晶體)OFF時,
 積蓄於電感的能量通過低邊
・此時,高邊開關(電晶體)OFF
・電感電流IL通過以下公式表示

 (toff:關斷時間)

A4_2_ftoff

非連續模式與連續模式

開關工作有兩種模式,即非連續模式和連續模式。下表為兩種模式的比較。

比較專案“工作”所示的是流過變壓器初級線圈和次級線圈的電流波形。非連續模式因電感電流IL存在中斷期間而被稱為“非連續模式”。而連續模式則沒有電感電流為零的期間。

箭頭表示兩種模式下電感、整流二極體、開關電晶體、效率的變化趨勢。“↑”表示上升,“↓”表示下降。

連續模式下,開關ON時,在整流二極體的反向恢復時間(trr)中流過反向電流,並因該反向電流而產生損耗。在低電壓的開關DC/DC轉換中,整流二極體的反向電壓低,反向電流也小,因此一般優先考慮輸出漣波電壓和高次諧波的降低等而使用連續模式。與此相對,在AC/DC轉換中,二極體的反向電壓高,反向電流大,因此一般為了降低損耗而使用無反向電流的非連續模式。但是,峰值電流會變大,當負載大時有時也會採用連續模式工作。

兩種模式各有各的優缺點,一般50~60W左右以下的程度多選擇非連續模式。更高的輸出功率時,需要根據可額定的變壓器尺寸等來考慮、決定。此次的設計案例使用非連續模式。

A4_2_tab

學到就是賺到的關鍵知識

・降壓轉換器的工作有連續模式和非連續模式兩種。

・DC/DC轉換一般採用連續模式,60W左右的AC/DC轉換多採用非連續模式。

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