BuckDCDC变换器的输出纹波电压分析及其应用

2007年2月电工技术学报Vol.22No.2第22卷第2期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2007BuckDC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用刘树林刘健寇蕾钟久明西安科技大学电气与控制工程学院西安710054摘要为使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关键词Buck变换器DC/DC变换器输出纹波电压TN602AnalysisofOutputRippleVoltageofBuckDC/DCConverterandItsApplicationLiuShulinLiu激anKouLeiZhong激umingXi’anUniversityofScienceampTechnologyXi’an710054ChinaAbstractToreachthedesiredoutputripplevoltagesORVofaBuckDC/DCconverterwitharathersmallinductanceandespeciallytomeettherequirementsoftheintrinsicsafetytheoperatingregionoftheconverterisdividedintofourpartsontheinput-voltageversusloadplaneaccordingtotheinductanceofitsinductor.AsafunctionofinductancethemaximumORVMORVineachoperatingregionisdeducedrespectively.ItispointedoutthattheMORVreachesthelargestwhentheinductanceisdesignedtomaketheconverteroperateincontinuousconductionmodeCCMunderthelowestinputvoltageandindiscontinuousconductionmodeDCMunderthehighestinputvoltagewiththeheaviestload.ItisalsoconcludedthattheminimuminductancetoguaranteethelowestORVisthecriticalinductanceofCCMandDCMunderthehighestinputvoltagewiththeheaviestload.Theexperimentalresultsareinpositivetotheanalysisshowingthefeasibilityoftheproposedmethods.KeywordsBuckconvertersDC/DCconvertersoutputripplevoltage1引言应用在煤矿石化等危险性环境的直流电源必须满足防爆的要求本质安全型直流电源是防爆电源发展的必然趋势1由于开关电源具有转换效率高输入动态范围宽且体积小重量轻等优点近年来越来越多的科技人员开始研究采用开关电源构造本质安全型直流电源的课题25本质安全型设备要求在正常工作或规定故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸混合物6开关电源作为功率较大的电子设备其面临的本质安全问题更突出应用于危险环境的?局拾踩氐缭赐ǔ2捎靡桓龈衾胝骰方诤鸵桓鯠C/DC变换器级联构成西安市科技攻关项目GG05047陕西省教育厅产业化培养基金05JC19资助项目收稿日期2006-01-23改稿日期2006-05-24万方数据92电工技术学报2007年2月随着电子技术的发展各种电子设备的供电电压越来越低对于危险环境的开关电源考虑到蓄电池电压和电源输出电压的需要BuckDC/DC变换器得到广泛应用79但Buck变换器中含有较大容量的储能元件电感和电容因此在电感出现断开或输出出现短路等故障时所产生的电火花很容易点燃易燃易爆气体或它们的混合物所以如何在确保变换器电气指标满足要求的情况下尽可能采用较小的电感和电容就成为设计本质安全型Buck变换器的关键10而确定最小电感和电容的主要依据之一就是输出电压纹波要求11文献10得出了变换器在满足输出本安要求时使输出短路能量最小的最佳电感却未深入研究既满足输出本安要求又满足输出纹波电压要求的电感与电容的设计区域文献11对在给定负载频率及输入和输出电压时变换器的输出纹波电压随电感的变化进行了分析并未在整个期望的动态范围内进行深入探讨本文将在给定的输入电压和负载变化范围内对Buck变换器的输出纹波电压进行深入分析总结出输出纹波电压与变换器元器件参数的关系得出使得输出纹波电压最低的最小电感值为Buck变换器的优化设计尤其是应用在危险型环境的本质安全型Buck变换器的设计提供了理论指导2Buck变换器的临界电感与工作区域BuckDC/DC变换器的组成如图1所示...

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