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基于电感拓扑和小讯号MOSFET开关元件配置的降耗型DC/DC变换器

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  • 更新日期:2014-09-12 15:09
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详细介绍
现代电子设备的多功能化,需要为其不同的功能单元提供不同的直流(DC)电压。这种情况下,一般是使用内部电路通过升压或降压的方式变换电压,为电子设备中负责不同功能的单元供电。由于供电单元较多,故降低电源在变换过程中的功率损耗是十分重要的设计任务。采用以电感为基础的电压变换拓扑。搭配以小讯

1 引言

在现代多功能电子设备中,为了降低DC/DC电压变换过程中的功率损耗,人们设计了多种方法。以新一代小讯号金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关元件,开启了中功率开关模式DC/DC变换的新应用领域。MOSFET具有低的漏极(Drain)、源极(Source)导通电阻(RDson)以及优良的开关性能,并且它是扁平封装,实现了小型化。由于采用这种元件的电源设计既可采用整合型方案,在系统设计中又具有灵活性和成本优势,故还可用于外部功率开关。

由于电荷泵浦(pump)等应用常受到低电流的限制,对高输出功率和高效率电压变换器来说,最佳的解决方案是采用电感拓扑,而且,$电感拓扑只需要在传统电路结构上稍加改变即可实现升压、降压或升降压变换。图1所示是一个简单的DC/DC降压变换器电路图。将其与线性稳压电源比较,这个电路在使用理想的元件时具有100%的变换效率。不过,其导通电阻RDson不等于0Ω,而且,MOSFET开关也会产生损耗和花费时间,电感器也因为存在来自绕组导体的电阻,对磁芯也会增加损耗。

图1  直流(DC/DC)降压变换器架构图

磁芯损耗是因为磁场变化引起小磁域运动而造成的,磁性材料的磁滞愈严重,磁芯的损耗就相应增大;另外,涡流也会导致电感磁芯产生损耗,这是由于磁场变化将形成电流环路,使磁性材料发热。对于高频开关而言,集肤效应(Skin Effect)将增加电阻损耗。必须注意的是,实际在电路中使用的元件不可能是理想元件,如输出电容存在剩余电阻,也会导致电能损耗和温升增高,而二极管(Diode)最终会产生正向电压损耗和反向电流损耗。所以,在现实的电路及其所用元件的情况下,这些问题的存在,将使DC/DC变换器的效率降至75%~98%之间。

详细资料见:http://www.big-bit.com/uploadfile/2014/0912/20140912031236842.pdf
 

 
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