BF-DC-DC變換電路原理及應用入門-任艷頻清華大學齣版社 9787302410782 epub pdf mobi txt 電子書下載 2024

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發表於2024-10-04

商品介绍

店鋪：華裕京通圖書專營店

齣版社：清華大學齣版社

ISBN：9787302410782

商品編碼：29765342401

包裝：平裝

齣版時間：2015-11-01

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書籍描述

圖書基本信息
圖書名稱	DC-DC變換電路原理及應用入門	作者	任艷頻
定價	25.0元	齣版社	清華大學齣版社
ISBN	9787302410782	齣版日期	2015-11-01
字數	184000	頁碼
版次	1	裝幀	平裝

內容簡介

　　任艷頻主編的《DC-DC變換電路原理及應用入門》以模擬電子技術課程中介紹的直流電源知識為基礎，結閤TI公司的電源管理芯片和WEBENCH仿真工具，對DC－DC變換電路的原理和應用進行入門性質的講解。主要內容既有綫性穩壓器和開關穩壓器電路基本工作原理，又有基於WEBENCH工具的TI電源管理産品綫的選型和設計，同時還結閤作者的産品開發經曆介紹瞭三個實際的應用實例，此外還涉及開關穩壓器電路的布局布綫問題。
　　本書可以作為電源類選修課程的教材，也可作為學生在課外科技活動中進行電源製作的入門讀物。

作者簡介
精彩內容敬請期待

目錄
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編輯推薦

本書作者從事多年電子電路等方麵的教學和科研工作，積纍瞭豐富的教學和科研經驗，結閤TI公司的電源管理芯片和WEBENCH仿真工具，從原理到應用進行入門性質的講解。

本書有理論介紹、選型與設計、應用實例、PCB布局布綫，從多方麵介紹瞭DC-DC變換電路。

本書語言簡潔、準確、易懂，描述清晰，可作為選修課程的教材，也可以作為有興趣學生的課外讀物。

本書幫助DC-DC變換電路設計初學者快速入門，並使其深入體會DC-DC電路設計的樂趣。

文摘

第3章開關穩壓器
3.1開關穩壓器的産生和發展第2章介紹瞭綫性穩壓器的産生和發展、基本組成和工作特點、基本實現電路、産品實例和應用電路。綫性穩壓器具有結構簡單、響應速度快和輸齣電壓紋波較小等特點，但是它隻能實現降壓，而且當輸入和輸齣壓差較大時，電路的效率比較低。調整管好比是一個可調電阻，位於輸入和輸齣之間，承受著多餘的壓差，得到特定的輸齣電壓。調整管一直工作於綫性放大區，消耗能量。能量從輸入到輸齣的傳輸是連續不斷的。本章將介紹的開關穩壓器與綫性穩壓器大的不同是開關穩壓器中的調整管工作在開關狀態。調整管可視為一個隨著某種規律進行斷開、閉閤動作的開關，能量以間歇式的脈衝形式從輸入端傳遞到輸齣端。當調整管處於斷開狀態時，調整管工作於截止區，電阻很大，流過的電流很小；當調整管處於閉閤狀態時，調整管工作於飽和區，飽和壓降很小。在這兩種狀態下，調整管的功耗都較小，所以開關穩壓器通常可以達到比較高的效率。如何實現能量從輸入到輸齣的間歇式傳遞呢？圖3.1（a）將調整管簡化為一個開關，接在輸入Vin和負載R之間［1］。可以看齣，當開關閉閤時，輸齣電壓與輸入電壓相同；當開關斷開時，輸齣電壓為0。輸齣電壓的波形如圖3.1（b）所示。

圖3.1簡易開關穩壓器模型

如果以某種方式控製開關周期性通斷，周期為T，占空比為D，則輸齣電壓的平均值為VOUT(avg)=Vin×D。在周期T不變的前提下，調節占空比D，一個周期內開關閉閤的時間長度t(on)將發生變化，輸齣電壓的平均值也隨之綫性變化。這種調製方式稱為脈寬調製（Pulse Width Modulation，PWM）。在上述模型下，輸齣電壓和電流都不連續，顯然無法為後續的負載提供穩定的直流電源。為瞭得到平滑的電壓和電流輸齣，可以在後麵加LC濾波電路。修改後的開關穩壓器模型如圖3.2所示［1］。

圖3.2改進的開關穩壓器模型

利用圖3.2所示的開關穩壓器模型，由於電容兩端的電壓不能突變，流過電感的電流不能突變，當L、C參數閤適時，可以獲得連續的輸齣電壓和輸齣電流，分析如下：圖3.2（a）中，當開關置於位置1時，L、C儲存能量；當開關置於位置2時，L、C釋放能量。等效電路分彆如圖3.2（b）和圖3.2（c）所示。若在閤適的L、C取值下，輸齣電壓VOUT比較平滑，紋波可以忽略不計，則在圖3.2（b）中，電感兩端的電壓近似恒定為VIN-VOUT，流過電感的電流iL(t)綫性增加。在圖3.2（c）中，電感兩端的電壓近似恒定為-VOUT，流過電感的電流iL(t)綫性減小。流過電容的電流iC(t)=iL(t)-VOUT/R，當VOUT足夠平滑時，它的斜率和iL(t)相同。假設開關控製信號的占空比D和L、C的取值閤適，當流過電感的電流未減小到0時又開始進入儲能，則稱為連續電流模式（Continuous Current Mode,CCM）。此外還有斷續電流模式（Discontinuous Current Mode,DCM）和臨界電流模式（Boundary Current Mode,BCM）［5］。
在CCM模式下，圖3.2中的各信號波形如圖3.3所示［1］。

圖3.3圖3.2開關穩壓器的波形示意圖

圖3.3中的TS為開關控製信號的周期，D為占空比，D′=1-D。由圖3.3可以看齣，電感L的工作情況如下：當開關置於位置1時，流過L的電流iL(t)綫性增加，L工作於儲能狀態。當開關置嚮位置2時，流過L的電流iL(t)綫性減小，L工作於釋能狀態。在CCM模式下，iL(t)始終大於0。電容C的工作情況如下：當開關置於位置1時，流過C的電流iC(t)綫性增加，且電流方嚮先負後正。剛開始時，iC(t)<0，電容C工作於釋能狀態，繼續釋放上一開關周期儲備的能量，為負載提供電流，電容兩端的電壓vC(t)減小。之後，iC(t)>0，電容C工作於儲能狀態，電容兩端的電壓vC(t)增大。當開關置於位置2時，流過C的電流iC(t)綫性減小，且電流方嚮先正後負。剛開始時，iC(t)>0，電容C工作於儲能狀態，繼續充電，電容兩端的電壓vC(t)繼續增大。之後，iC(t)<0，電容C工作於釋能狀態，為負載提供電流，電容兩端的電壓vC(t)減小。輸齣電壓VOUT為vC(t)的平均值。根據伏秒法則［6］，在圖3.3的個波形圖中：
(VIN -VOUT)×DTs=VOUT×(1-D)Ts
可以得齣：
VOUT=VIN×D
由此，通過該開關穩壓器模型，仍然可以得到和輸入電壓及占空比成正比的輸齣電壓。而且從圖3.3中的vC(t)波形可以看齣，通過LC濾波，與圖3.1(b)中的波形相比，輸齣電壓變得連續平滑。但較之第2章的綫性穩壓器，開關穩壓器輸齣電壓的紋波還是要大一些。圖3.3中的輸齣電壓紋波峰值為Δvo。通過上述電路得到的輸齣電壓VOUT=VIN×D，它總是小於輸入電壓VIN，這樣的電路稱為降壓（Buck）變換電路。為瞭實現升壓（Boost）變換，隻需將圖3.2（a）稍作修改，將電感L移至單刀雙擲開關的前端，如圖3.4所示［1］。

圖3.4升壓開關穩壓器模型

在圖3.4中，當開關置於位置1時，L儲存能量，C釋放能量；當開關置於位置2時，L釋放能量，C儲存能量。若在閤適的L、C取值下，輸齣電壓VOUT比較平滑，紋波可以忽略不計，則在開關置於位置1時，電感兩端的電壓恒定為VIN，流過電感的電流iL(t)綫性增加；當開關置於位置2時，電感兩端的電壓近似恒定為VIN -VOUT，流過電感的電流iL(t)綫性減小。根據伏秒法則：
VIN×DTs=(VOUT-VIN)×(1-D)Ts
可以得齣：
VOUT=VIN/(1-D)
由此，實現瞭升壓變換。3.2節和3.3節將重點對Buck開關穩壓器的基本組成和基本實現電路進行介紹。3.4節將分彆結閤一個Buck和Boost開關穩壓器産品進行實例分析。3.2Buck開關穩壓器的基本組成及工作特點圖3.2的開關穩壓器模型給齣瞭從一個直流電壓輸入得到另一個平滑的直流電壓輸齣的原理，但它還不足以構成一個完整的開關穩壓器。
首先，需要解決開關通斷控製的問題。電路中應該有一個波形振蕩電路，産生占空比D的矩形波，控製開關的通斷。另外，更重要的，開關穩壓器的核心作用是在輸入電壓或負載變化時，能給齣穩定的輸齣電壓。為此，和綫性穩壓器類似，負反饋的引入是必不可少的。當某種原因引起輸齣電壓發生變化時，通過采樣電路，將此變化引迴到電路，並轉換為控製開關通斷的矩形波占空比D的變化，從而抵消輸齣電壓原來的變化。Buck開關穩壓器的基本組成如圖3.5所示，它包含調整管、開關控製電路、采樣電路、基準電壓電路、比較放大電路和LC濾波電路六個部分［2］。

圖3.5Buck開關穩壓器的基本組成

與綫性穩壓器相比，Buck開關穩壓器的基本組成增加瞭開關控製電路和LC濾波電路這兩個模塊。圖3.5中的調整管不再工作於綫性放大區，而是在開關控製電路的作用下，工作在截止區或者飽和區。這樣，調整管上所消耗的能量大大減少。能量不再連續地從輸入端嚮輸齣端傳遞，而是以脈衝的形式間歇傳遞，再通過LC濾波電路在輸齣端平滑地釋放。這就是開關穩壓器和綫性穩壓器的根本區彆所在。與綫性穩壓器類似，Buck開關穩壓器仍然通過負反饋來實現穩壓。當輸入電壓或負載發生變化時，將引起輸齣電壓的變化。通過采樣電路，將變

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