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AC/DC

非隔离型降压转换器的设计案例

何谓降压转换器-基本工作及不连续模式和续模式

关于非隔离型AC/DC转换器设计,首先介绍电路工作。举例的AC/DC转换器,一般是被称为“Buck Converter(降压转换器)”的产品。本来“Buck Converter”的意思就是降压型转换器,是在DC/DC转换器中也使用的称呼。只是虽然说法较多,但以往的标准型降压转换器为二极管整流式(非同步式)的,因此存在习惯性地将二极管整流式的降压转换器称为“降压转换器”的倾向。先不说称呼了,降压转换器有几种降压方式,本案例中的降压转换器是前述的二极管整流式。

降压转换器的工作

下面使用基本的降压转换器范例,来说明其工作。通过了解基本工作以及电流路径和各节点的性质,来逐步掌握外围元器件的选型标准和注意事项。图中将高边的晶体管和低边的二极管替换为开关,示意性地进行说明。电路原理与DC/DC转换器的二极管整流相同,由于直接开关并降压转换将AC电压整流的高电压,因此作为开关的晶体管和二极管,需要是高耐压产品(比如600V耐压)。

A4_2_ton
・高边开关(晶体管)ON时,
 电感L流过电流IL,积蓄能量
・此时,低边开关(二极管)OFF
・电感电流IL通过以下公式表示
 (ton:导通时间)

A4_2_fton
A4_2_toff
・高边开关(晶体管)OFF时,
 积蓄于电感的能量通过低边
 开关(二极管)输出
・此时,高边开关(晶体管)OFF
・电感电流IL通过以下公式表示
 (toff:关断时间)

A4_2_ftoff

不连续模式与连续模式

开关工作有两种模式,即不连续模式和连续模式。下表为两种模式的比较。

比较项目“工作”所示的是流过变压器初级绕组和次级绕组的电流波形。不连续模式因电感电流IL存在中断期间而被称为“不连续模式”。而连续模式则没有电感电流为零的期间。

箭头表示两种模式下电感、整流二极管、开关晶体管、效率的变化趋势。“↑”表示上升,“↓”表示下降。

连续模式下,开关ON时,在整流二极管的反向恢复时间(trr)中流过反向电流,并因该反向电流而产生损耗。在低电压的开关DC/DC转换中,整流二极管的反向电压低,反向电流也小,因此一般优先考虑输出纹波电压和高次谐波的降低等而使用连续模式。与此相对,在AC/DC转换中,二极管的反向电压高,反向电流大,因此一般为了降低损耗而使用无反向电流的不连续模式。但是,峰值电流会变大,当负载大时有时也会采用连续模式工作。

两种模式各有各的优缺点,一般50~60W左右以下的程度多选择不连续模式。更高的输出功率时,需要根据可容许的变压器尺寸等来考虑、决定。此次的设计案例使用不连续模式。

A4_2_tab

关键要点:

・降压转换器的工作有连续模式和不连续模式两种。

・DC/DC转换一般采用连续模式,60W左右的AC/DC转换多采用不连续模式。