開關(guān)調(diào)節(jié)器的效率(考慮交疊開關(guān)損耗)
發(fā)布時(shí)間:2008/10/6 0:00:00 訪問次數(shù):867
交疊開關(guān)損耗(或稱為電壓電流重疊損耗),可以根據(jù)某時(shí)段內(nèi)電壓電流的動(dòng)態(tài)曲線按照上升電流和下降電壓的斜率進(jìn)行計(jì)算。圖(a)示出了最 理想的曲線,但實(shí)際上它很難達(dá)到。
如圖 開關(guān)管的電壓電流重疊曲線
對(duì)于圖(a)所示的最理想狀態(tài),在v導(dǎo)通時(shí),電壓電流變化同時(shí)開始,同時(shí)結(jié)束。開關(guān)管v的電流從零上升到io的同時(shí),v上的電壓從最大值udo下降到零。導(dǎo)通期間平均功率為,而整個(gè)周期的平均功率為(ioudc/6)(ton/ts)。
若考慮同樣的理想狀態(tài),在v關(guān)斷時(shí)電流下降和電壓上升同時(shí)開始同時(shí)結(jié)束,則關(guān)斷損莽毛即電壓電流交疊損耗為,整個(gè)周期的平均功率為(ioudc/6)(toff/ts)。
設(shè)ton=toff=t,則總開關(guān)損耗(關(guān)斷損耗與導(dǎo)通損耗之和)為pac=(udciot)/3ts,而效率為
計(jì)算開關(guān)調(diào)節(jié)器(buck)的效率并將它與線性調(diào)節(jié)器的效率進(jìn)行比較是很有必要的。假設(shè)一個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器(buck)的參數(shù)為:輸人電壓48v;輸出電壓5 v;開關(guān)頻率為50khz(ts=20μs)。
若不考慮交疊開關(guān)損耗,且設(shè)開關(guān)時(shí)間t為0.3μs,則根據(jù)式(1-3)可得
若考慮開關(guān)損耗并設(shè)在圖(a)所示的最理想狀態(tài)的曲線下,且t=0.3μs,ts=20μs,則由式(1-4)可得
若設(shè)在如圖(b)所示的最差狀態(tài)曲線(它更接近于實(shí)際情況)下,則開關(guān)調(diào)節(jié)器(buck)的效率會(huì)降低。如圖(b)所示,v導(dǎo)通時(shí),直流導(dǎo)通電流達(dá)到幅值io,開關(guān)管的電壓一直保持為最大值(udc),然后電壓才開始下降。電流上升時(shí)間tcr接近于電壓下降時(shí)間tvf,則導(dǎo)通損耗為
若設(shè)tcr=tvt則p(ton)=udcio(t/ts)。
由圖(b)可知,v關(guān)斷期間,直到電壓上升到最大值udc,在tvr時(shí)間內(nèi)電流保持最大值io,而后電流才開始下降且在tcf時(shí)間內(nèi)下降到零,則總的開關(guān)損耗為
同樣,若設(shè),則有。則總交疊損耗(導(dǎo)通損耗與關(guān)斷損耗之和)為
總損耗(直流損耗與交疊損耗之和)為
效率為
對(duì)于同樣工作于50 khz,t=0.3μs,從48v降為5v的開關(guān)調(diào)節(jié)器(buck),由式(1-7)可以得到其效率為
若使用線性調(diào)節(jié)器將48v降到5v,則由式(1-1)可知,其效率為uo/udc(max),即5/48=10.4%。此效率太低,無法接受。
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交疊開關(guān)損耗(或稱為電壓電流重疊損耗),可以根據(jù)某時(shí)段內(nèi)電壓電流的動(dòng)態(tài)曲線按照上升電流和下降電壓的斜率進(jìn)行計(jì)算。圖(a)示出了最 理想的曲線,但實(shí)際上它很難達(dá)到。
如圖 開關(guān)管的電壓電流重疊曲線
對(duì)于圖(a)所示的最理想狀態(tài),在v導(dǎo)通時(shí),電壓電流變化同時(shí)開始,同時(shí)結(jié)束。開關(guān)管v的電流從零上升到io的同時(shí),v上的電壓從最大值udo下降到零。導(dǎo)通期間平均功率為,而整個(gè)周期的平均功率為(ioudc/6)(ton/ts)。
若考慮同樣的理想狀態(tài),在v關(guān)斷時(shí)電流下降和電壓上升同時(shí)開始同時(shí)結(jié)束,則關(guān)斷損莽毛即電壓電流交疊損耗為,整個(gè)周期的平均功率為(ioudc/6)(toff/ts)。
設(shè)ton=toff=t,則總開關(guān)損耗(關(guān)斷損耗與導(dǎo)通損耗之和)為pac=(udciot)/3ts,而效率為
計(jì)算開關(guān)調(diào)節(jié)器(buck)的效率并將它與線性調(diào)節(jié)器的效率進(jìn)行比較是很有必要的。假設(shè)一個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器(buck)的參數(shù)為:輸人電壓48v;輸出電壓5 v;開關(guān)頻率為50khz(ts=20μs)。
若不考慮交疊開關(guān)損耗,且設(shè)開關(guān)時(shí)間t為0.3μs,則根據(jù)式(1-3)可得
若考慮開關(guān)損耗并設(shè)在圖(a)所示的最理想狀態(tài)的曲線下,且t=0.3μs,ts=20μs,則由式(1-4)可得
若設(shè)在如圖(b)所示的最差狀態(tài)曲線(它更接近于實(shí)際情況)下,則開關(guān)調(diào)節(jié)器(buck)的效率會(huì)降低。如圖(b)所示,v導(dǎo)通時(shí),直流導(dǎo)通電流達(dá)到幅值io,開關(guān)管的電壓一直保持為最大值(udc),然后電壓才開始下降。電流上升時(shí)間tcr接近于電壓下降時(shí)間tvf,則導(dǎo)通損耗為
若設(shè)tcr=tvt則p(ton)=udcio(t/ts)。
由圖(b)可知,v關(guān)斷期間,直到電壓上升到最大值udc,在tvr時(shí)間內(nèi)電流保持最大值io,而后電流才開始下降且在tcf時(shí)間內(nèi)下降到零,則總的開關(guān)損耗為
同樣,若設(shè),則有。則總交疊損耗(導(dǎo)通損耗與關(guān)斷損耗之和)為
總損耗(直流損耗與交疊損耗之和)為
效率為
對(duì)于同樣工作于50 khz,t=0.3μs,從48v降為5v的開關(guān)調(diào)節(jié)器(buck),由式(1-7)可以得到其效率為
若使用線性調(diào)節(jié)器將48v降到5v,則由式(1-1)可知,其效率為uo/udc(max),即5/48=10.4%。此效率太低,無法接受。
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