LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)之DC-DC變換器原理

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1、第5章DC-DC變換技術(shù)?§5.1概述?§5.2DC-DC變換器的基本電路拓?fù)?§5.3帶變壓器隔離的DC-DC變換器原理§5.4PWM控制器原理返回好攀登LED--http://www.odmled.com§5.1概述?將一個(gè)不受控制的輸入直流電壓變換成為另一個(gè)受控的輸出直流電壓稱(chēng)之為DC-DC變換。?隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的要求是：①性能更加可靠；②功能不斷增加；③使用更加方便；④體積日益減小。這些使DC-DC變換技術(shù)變得更加重要。目前，DC-DC變換器在計(jì)算機(jī)、航空、航天、水下行器、通信及電視等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，這些應(yīng)用也促進(jìn)了DC-DC變換技術(shù)的進(jìn)一步

2、發(fā)展。?實(shí)現(xiàn)DC-DC變換有兩種模式，一種是線(xiàn)性調(diào)節(jié)模式(LinearRegulator)，另一種是開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式（SwitchingRegulator）。好攀登LED--http://www.odmled.com1、兩種調(diào)節(jié)模式及比較?線(xiàn)性調(diào)節(jié)器模式如圖5-1a所示，在這種模式中晶體管工作在線(xiàn)性工作區(qū)，其輸出電壓為。晶體管模型可以用可調(diào)電阻R等效，其等效電路T如圖5-1b所示。顯然晶體管功率損耗為。?開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式如圖5-2a所示，其等效電路和輸出電壓如圖5-2b、5-2c所示。?假設(shè)：晶體管關(guān)斷時(shí)，；晶體管導(dǎo)通時(shí)；則該晶體管為理想開(kāi)關(guān)（Idealswitch），在理想開(kāi)關(guān)情況下

3、，晶體管損耗為零。兩種模式的電源方塊圖如圖5-3a和圖5-3b所示。好攀登LED--http://www.odmled.com?v???vCECE??IILLVRVVRVosLosL??ab圖5-1a線(xiàn)性調(diào)節(jié)器模式b等效電路Vo??vCE?V?sILILonoffVsRLVoVsRLVo閉合斷開(kāi)??tabc圖5-2a開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式圖5-2b等效電路圖5-2c輸出電壓好攀登LED--http://www.odmled.coma線(xiàn)性模式電源框圖b開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS:Switch-modepowersupply)框圖圖5-3線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源框圖好攀登LED--http://www

4、.odmled.com?開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)模式與線(xiàn)性調(diào)節(jié)模式相比具有明顯的特點(diǎn)：?1、功耗小、效率高。在DC-DC變換中，電力半導(dǎo)體器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，工作頻率很高，目前這個(gè)工作頻率已達(dá)到數(shù)百甚至1000KHz，這使電力半導(dǎo)體器件功耗減少、效率大幅度提高。?2、體積小、重量輕。由于頻率提高，使脈沖變壓器、濾波電感、電容的體積、重量大大減小，同時(shí)，由于效率提高，散熱器體積也減小。還由于DC-DC變換無(wú)笨重的工頻變壓器，所以DC-DC變換體積小、重量輕。?3、穩(wěn)壓范圍寬。目前DC-DC變換中基本使用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈寬來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，對(duì)輸入電壓變化也可調(diào)節(jié)脈寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，所以

5、穩(wěn)壓范圍寬。?由于電力半導(dǎo)體器件工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，它所產(chǎn)生的電流和電壓會(huì)通過(guò)各種耦合途徑，產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。目前，許多國(guó)家包括我國(guó)對(duì)電子產(chǎn)品的電磁兼容性和電磁干擾制定了許多強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，任何電子產(chǎn)品如果不符合標(biāo)準(zhǔn)不得進(jìn)入市場(chǎng)。好攀登LED--http://www.odmled.com?2DC-DC變換分類(lèi)：1）按激勵(lì)方式劃分。由于電力半導(dǎo)體器件需要激勵(lì)信號(hào)，按激勵(lì)方式劃分為它激式和自激式兩種方式，它激式DC-DC變換中有專(zhuān)業(yè)的電路產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)控制電力半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)；自激式變換中電力半導(dǎo)體器件是作為振蕩器的一部分（作為振蕩器的振蕩管）。2）按調(diào)制方式劃分。目前在變換中常使用

6、脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制兩種方式，脈寬調(diào)制PWM（pulsewidthmodulation）是電力半導(dǎo)體器件工作頻率保持不變，通過(guò)調(diào)整脈沖寬度達(dá)到調(diào)整輸出電壓。頻率調(diào)制PFM（pulsefrequentmodulation）是保持開(kāi)通時(shí)間不變，通過(guò)調(diào)節(jié)電力半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)工作頻率達(dá)到調(diào)整輸出電壓。頻率調(diào)制在DC-DC變換器設(shè)計(jì)中由于易產(chǎn)生諧波干擾、且濾波器設(shè)計(jì)困難。脈寬調(diào)制與頻率調(diào)制相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，目前在DC-DC變換中占據(jù)主導(dǎo)地位。還有混合式，即在某種條件下使用脈寬調(diào)制（PWM），在另一條件下使用頻率調(diào)制（PFM）。3）按儲(chǔ)能電感與負(fù)載連接方式劃分?？煞譃榇?lián)型和并聯(lián)型兩種。儲(chǔ)能

7、電感串聯(lián)在輸入輸出之間稱(chēng)之為串聯(lián)型；儲(chǔ)能電感并聯(lián)在輸出與輸入之間稱(chēng)之為并聯(lián)型。好攀登LED--http://www.odmled.com4）按電力半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中是否承受電壓、電流應(yīng)力劃分?？煞譃橛查_(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)。所謂軟開(kāi)關(guān)是指電力半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中承受零電壓（ZVS）或零電流（ZIS）。5）按輸入輸出電壓大小劃分。可分為降壓型和升壓型。6）按輸入與輸出之間是否有電氣隔離劃分。可分為隔離型和不隔離型。隔離型DC-DC變換器按電力半導(dǎo)體器件的個(gè)數(shù)可分為：?jiǎn)喂蹹C-DC變換器[單端正激（