电感式DC/DC变换器工作原理

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首先必须要了解电感的一些特性:电磁转换与磁储能.其它所有参数都是由这两个特性引出来的.

电感回路通电瞬间

断电瞬间

相信有初中文化是坛友们都知道,一个电池对一个线圈通电,这是个电磁铁.不论你是否科盲,你一定会奇怪,这有什么值得分析的呢?有!我们要分析它通电和断电的瞬间发生了什么.
线圈(以后叫作”电感”了)有一个特性—电磁转换,电可以变成磁,磁也可以变回电.当通电瞬间,电会变为磁并以磁的形式储存在电感内.而断电瞬磁会变成电,从电感中释放出来.
现在我们看看下图,断电瞬间发生了什么: 前面我说过了,电感内的磁能会在电感断电时重新变回电,然而问题来了:此时回路已经断开,电流无处可以,磁如何能转换成电流呢?很简单,电感两端会出现高压!电压有多高呢?无穷高,直到击穿任何阻挡电流前进的介质为止.
这里我们了解了电感的第二个特性—-升压特性.当回路断开时,电感内的能量会以无穷高电压的形式变换回电,电压能升多高,仅取决于介质变的击穿电压.
现在可以小结一下了:
下面是正压发生器,你不停地扳动开关,从输入处可以得到无穷高的正电压.电压到底升到多高,取决于你在二极管的另一端接了什么东西让电流有处可去.如果什么也不接,电流就无处可去,于是电压会升到足够高,将开关击穿,能量以热的形式消耗掉.

正压发生器原理图

下面是负压发生器,你不停地扳动开关,从输入处可以得到无穷高的负电压.

负压发生器原理图

上面说的都是理论,现在来点实际的电子线路图,看看正/负压发生器的”最小系统”到底什么样子:

实际电子线路

你可以很清楚看到演变,电路中仅仅把开关换成了三极管换而已.
不要小看这两个图,事实上,所以开关电源都是由这两个图组合变换而来,所以掌握这两个图非常重要.

最后要提提磁饱合的问题.什么是磁饱合?

从上面的背景知道我们可以知道电感能储存能量,将能量以磁场方式保存,但能存多少呢?存满之后会发生什么情况呢?

1.存多少: “最大磁通量”这个参数就是干这个用的,很显然,电感不能无限保存能量,它存储能量的数量由电压与时间的乘积决定,对于每个电感来说,这是一个常数,根据这个常数你可以算出一个电感要提供N伏M安供电时必须工作于多高的频率下.
2.存满之后会如何: 这就是磁饱合的问题.饱合之后,电感失去一切电感应有的特性,变成一纯电阻,并以热的形式消耗掉能量.

磁饱和概念有点不妥。带铁磁性磁芯的电感才会磁饱和，空芯线圈不会磁饱和，铁磁线圈饱和后不是等效于纯电阻，而是等效于空芯线圈，大电流充磁机就是利用这个原理。超导线圈储存能量的原理也是利用空芯线圈不会磁饱和这个特点。另外，磁介质的磁导率越低，在同样的磁场强度下，储存的能量密度越高，这就是铁磁线圈磁隙的原理。磁粉芯线圈磁导率远比铁氧体线圈低，所以磁粉芯线圈不需要磁隙也能工作在较大电流下

http://ee.ofweek.com/2013-03/ART-11000-2802-28674361.html

电感降压式DC/DC变换器：电路原理框图如图所示。

电感降压式DC/DC变换器原理框图

　　图中，VIN为输入电压，VOUT为输出电压，L为储能电感，VD为续流二极管，C为滤波电容，R1、R2为分压电阻，经分压后产生误差反馈信号FB，用以稳定输出电压和调输出电压的高低。电源开关管V既可采用N沟道绝缘栅场效应管(MOSFET)，也可采用P沟道场效应管，当然也可用NPN型晶体管或PNP型晶体管，实际应用中，一般采用P沟道场效应管居多。

　　降压式DC/DC变换器的基本工作原理是：V开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。开关管导通时，FIN电压经开关管S、D极、储能电感L和电容C构成回路，充电电流不但在C两端建立直流电压，而且在储能电感L上产生左正、右负的电动势；开关管截止期间，由于储能电感L中的电流不能突变，所以，L通过自感产生右正、左负的脉冲电压。于是，L右端正的电压→滤波电容C一续流二极管VD→L左端构成放电回路，放电电流继续在C两端建立直流电压，C两端获得的直流电压为负载供电。因此，降压式DC/DC变换器产生的输出电压不但波纹小，雨且开关管的反峰电压低。

http://wenku.baidu.com/view/9e18b8a7f524ccbff1218407.html

根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。
    线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。
     开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。

在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感 L 叫做储能电感。二极管 D 在开关断开期间，负责给电感 L 提供电流通路，所以二极管 D 叫做续流二极管。在实际的开关电源中，开关 K 由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率 U×I 就会很小。这就是开关电源效率高的原因。

看过完两个关于电源的 FAQ 后，大家可能对电源的效率计算还不了解。在后面的 FAQ 中，我们将专门给大家介绍。

http://www.dzsc.com/data/html/2008-4-25/62607.html