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【原创】三大基本变换器公式详细推导(易懂篇)

首先要讲到电容的基本公式:

 电容器上所储存的电荷与施加于电容器上的电压成正比,有:

q=Cv    

C为比例常数,称为电容器的电容(capacitance,单位法拉(farad,F,电荷运动产生电流,用数学表示为i=dq/dt  电流的单位为安培。

q=Cv两边取微分得:

   i=Cdv/dt

根据对偶原理得:

  v=Ldi/dt

对于给定的时间增量或减量(v,i为常量,对于恒定的全部更改为大写的V,I

基本概念:

对于一般方波功率变换,总有在开关导通器件施加一个恒定电压(Von,而在关断器件自动得到另一个恒定电压(极性相反,幅值为Voff,这将形成分段线性电流.其幅值为上面对偶的到的公式

 电流取一个变化量得:

            Von=L*Ion/ton    推导出△Ion= Von*ton/L

            Voff=L*Ioff/toff   推导出△Ioff= Voff*toff/L

整体电流和电压波形可以重复,电路才工作于稳态。(关键概念)

即:开通和关闭期间电流的变化量必须相等(△Ion=Ioff

即可得伏秒法则:Von* ton= Voff* toff   

以下的公式推导只针对于CCM变换器

首先要几个基本公式:

f为开关频率

周期为T同时有T=1/f   ton+ toff=T

D为占空比定义为ton /T  ton=D*T

Toff=T- ton=T-D*T=T*(1-D) 

BUCK变化器的基本原理图:

 

Q导通时,不记其管压降,L上的电压为Vin-Vout 记为电感电压Von

Q关闭是,D导通,忽略二极管压降,即二极管对地是等电位的,L两端的电压为Vout ,记为电感电压Voff,这时电压与输出电压同一极性。

根据伏秒定律:

 Von* ton= Voff* toff

其中:Von=Vin-Vout 

      Voff= Vout

      ton=D*T

         Toff=T*(1-D) 

代入上式得:

      (Vin-Vout* D*T= Vout* T*(1-D)

       (Vin-Vout* D= Vout*(1-D)

          (Vin-Vout/ Vout = (1-D)/D

             (Vin-Vout/ Vout +1= (1-D)/D+1

             通分得:(Vin-Vout+ Vout/ Vout = {(1-D)+D}/D

                          Vin/ Vout = 1/D

                           D= Vout/ Vin

BOOST基本原理图:

 

Q导通时,不记其管压降,即Q对地是等电位的,L上的电压为Vin, 记为电感电压Von

Q关闭时,忽略D的压降,这时就一个节点就有Vin+Voff=Vout  Voff= Vout-Vin

根据伏秒定律:

  Von* ton= Voff* toff

其中:Von=Vin 

      Voff= Vout- Vin

      ton=D*T

     Toff=T*(1-D)

代入上式得:

      Vin* D*T=Vout- Vin* T*(1-D)

          Vin* D=Vout- Vin*(1-D)

              Vin/Vout- Vin=(1-D)/D

                 Vin/Vout- Vin+1=(1-D)/D+1

                 通分得:{Vin+ Vout- Vin }/Vout- Vin={(1-D)+D}/D

                            D= (Vout- Vin)/ Vout

BUCK-BOOST变换器基本原理:

 

Q导通时,不记其管压降,同一个节点,L上的电压为Vin, 记为电感电压Von

Q关闭时,忽略D的压降,电感电压即输出电压,记为Voff= Vout,但是要注意这个电压于输入电压极性相反。这也是个主要特征。

  根据伏秒定律:

  Von* ton= Voff* toff

其中:Von=Vin 

      Voff= Vout

      ton=D*T

     Toff=T*(1-D)

代入上式得:

      Vin* D*T=Vout* T*(1-D)

       Vin* D=Vout*(1-D)

          Vin/ Vout = (1-D)/D

              Vin/ Vout +1= (1-D)/D+1

                通分得:

                     (Vin+ Vout )/ Vout = {(1-D)+D}/D

                         D= Vout/(Vin+ Vout )

附上文件:

 详细推导过程 

全部回复(89)
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guyan6175
LV.5
2
2011-10-20 08:49
正好要学习开关电源的设计,太及时了
0
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zengtx
LV.6
3
2011-10-20 09:45

看过其它书上的推导,再认真看遍

0
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2011-10-20 10:05

顶起。。。。

0
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zvszcs
LV.12
5
2011-10-20 11:29
@javike
顶起。。。。

顶起

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lin5200
LV.4
6
2011-10-20 11:35
@zvszcs
顶起
学习
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2011-10-20 12:46
@zvszcs
顶起
Z版,理论将完了,能不能给大家来几个实例拓宽一下。然后再延伸到反激,正激等其他拓扑。一个拓扑来一个具体的实例,最好每个拓扑结构来一个典型的IC,这样对于我们这些初学者来说更加容易理解和掌握。
0
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2011-10-20 20:15
@zvszcs
顶起

0
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2011-10-20 20:24
@zvszcs
顶起
继续顶起
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2011-10-20 20:48
@yqjwy_2008
继续顶起
顶起。。
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waterayay
LV.7
11
2011-10-20 20:58

顶~~

0
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2011-10-21 12:17
顶上去
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10227
LV.7
13
2011-10-21 14:59
@心中有冰
[图片]顶上去
0
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2011-10-22 21:20
@心中有冰
[图片]顶上去
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guyan6175
LV.5
15
2011-10-24 10:57
@萍水相丰
[图片][图片]

起来,最近人气不旺啊

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Push_Pull
LV.4
16
2011-10-24 11:06

好贴,前段时间刚看了3大变化器,这次在看一下Z板的。加深印象

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qi8903
LV.6
17
2011-10-24 11:09
@笨小孩1114
Z版,理论将完了,能不能给大家来几个实例拓宽一下。然后再延伸到反激,正激等其他拓扑。一个拓扑来一个具体的实例,最好每个拓扑结构来一个典型的IC,这样对于我们这些初学者来说更加容易理解和掌握。

顶起

 

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代庆伟
LV.2
18
2011-10-26 21:26
@Push_Pull
好贴,前段时间刚看了3大变化器,这次在看一下Z板的。加深印象
脚印先
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wuzhonggui
LV.9
19
2011-10-27 00:43
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2011-10-27 08:47
顶起!
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zengdehng
LV.4
21
2011-10-28 10:00
@qinzutaim
[图片]顶起!
还是推倒妹子比较容易
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huchuyou
LV.5
22
2011-10-28 12:00

收藏学习!!!顶一下

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aczg01987
LV.10
23
2011-10-28 16:13
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yon009
LV.5
24
2011-10-28 16:36

顶一个!!

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2011-10-28 22:56
@yon009
顶一个!!
谢谢楼主
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zvszcs
LV.12
26
2011-10-30 10:27
@keepmovingybb
[图片]谢谢楼主

将逐步更新

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2011-10-30 10:42
@zvszcs
将逐步更新
整理成文档就更好了,呵呵,顶一下
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隐形专家
LV.10
28
2011-10-30 12:11
@萍水相丰
整理成文档就更好了,呵呵,顶一下
 
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2011-10-30 12:33
@萍水相丰
整理成文档就更好了,呵呵,顶一下
兄弟,一贴里面有.pdf文档的,可以去下载。
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yon009
LV.5
30
2011-10-31 08:59
@zvszcs
将逐步更新

支持LZ不断更新,PDF文档在哪里有啊,麻烦LZ给个地址!!

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jsh163
LV.2
31
2011-10-31 09:45

好东西,好好学习一下!

谢谢啦!

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