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1、经典开关电源基础,Regulation,Line RegulationLIR=(Vo/Vo)*100%)/Vin 當輸入電壓變化時, 輸出電壓的變化率單位: %/VLoad RegulationLOR=(Vo/Vo)*100%)/Io 當輸出負載變化時, 輸出電壓的變化率單位:%/A,Condition of good power,Line Regulation 當輸入電壓變化時,輸出電壓變化率 Load Regulation當輸出負載變化時, 輸出電壓變化率 Wide Input Voltage Efficiency Power Density單位體積,可以達到的瓦特數 Hold-up ti
2、me當輸出電壓off後, 輸出電壓可以維持的時間,Linear Regulator,由電晶體Q1 當作一可變電阻 Vout=Vin-VCE 當RCE增加 VCE增加 Vout下降 當RCE下降 VCE下降 Vout上升,優點: 1. 線路控制簡單 2. Vout Ripple小 缺點: 1. Q1易熱 2. 效率差 3. Regulation 差,Vout=Vin-VCE,Vin,Switching Regulator,Vin,Vout,以Q1當作開關 對Vin做高頻切割 再透過L儲能及釋能 傳輸至輸出端,優點: 1. 效率高 2. Q1不易熱 3. Regulation 好 缺點: 1. 電
3、路控制複雜 2. Vout Ripple大,Buck Converter,Vin,Vin-VSW,(Vin-VSW)*D,LC Filter,Buck converter Stage 1,SW closed ; D視為開路 ; Vin 對電感 L 儲能,=,Continue stage 1,根據冷次定律 VL=L di/dt VL=電感上電壓L =電感值di=對電感儲能的電流dt=儲能時間,公式推導: Vin=VL+Vo+VSW 但VSW很小 故VL=Vin-Vo 又 VL=L di/dt 所以 Vin-Vo=L IL/ton,Buck converter Stage 2,=,SW opene
4、d; VL電壓反向; 強迫D導通; 電感將能量釋放給RL,Continue stage 2,根據冷次定律 VL=L di/dt VL=電感上電壓L =電感值di=對電感釋能的電流dt=釋能時間,公式推導: VL=Vo+VD 因為VD很小 故VL=Vo 又 VL=L di/dt 所以 Vo=L IL/toff,VD,Combine stage1 and stag2,根據伏秒定律: 電感 VL-ton*ton=VL-toff*toff 又 VL-ton=Vin-Vo ; VL-toff=Vo 所以 (Vin-Vo)*ton=Vo*toff=Vin*ton=Vo(ton+toff) 所以 Vo /
5、Vin = ton / (ton+toff) = D (D為duty cycle 小於1 所以是降壓),Boost Converter,Vin,Vin/(1-D),Vin+VL,Boost converter stage 1,SW Closed ; D是為開路; Vin對L儲能,=,Continue stage 1,根據冷次定律 VL=L di/dt VL=電感上電壓L =電感值di=對電感儲能的電流dt=儲能時間,公式推導: Vin=VL+VSW因為 VSW很小 故 Vin=VL 又 VL= L di/dt 所以 Vin=L iL/ton,VSW,Boost converter stage
6、2,SW opened; VL電壓反向 ; 電感 L 對RL釋能,=,Continue stage 2,根據冷次定律 VL=L di/dt VL=電感上電壓L =電感值di=對電感釋能的電流dt=釋能時間,公式推導: Vin+VL=VD+Vout因為 VD很小 故 Vout Vin=VL 又 VL= L di/dt 所以 Vout-Vin=L iL/toff,+,-,VD,Combine stage 1 and stage 2,根據伏秒定律: 電感 VL-ton*ton=VL-toff*toff 又 VL-ton=Vin ; VL-toff=Vo-Vin 所以 Vin*ton=(Vo-Vin)
7、*toff=Vin*(ton+toff)=Vo*toff 所以 Vo/Vin= (ton+toff) / toff =1/(1-D) (D為duty cycle 小於1 所以是升壓),Buck-Boost Converter,Vin-Vsw,VL,-D/(1-D)Vin,Vin,Buck-Boost converter stage 1,=,SW Closed; D是為開路; Vin對 L 儲能,Continue stage1,根據冷次定律 VL=L di/dt VL=電感上電壓L =電感值di=對電感儲能的電流dt=儲能時間,公式推導: Vin=VL+VSW 但VSW很小 故VL=Vin 又
8、VL=L di/dt 所以 Vin=L IL/ton,VSW,+,-,Buck-Boost Converter stage 2,=,SW Opened; VL電壓反向; D導通,Continue stage 2,根據冷次定律 VL=L di/dt VL=電感上電壓L =電感值di=對電感釋能的電流dt=釋能時間,公式推導: -VL=-VD+Vo 因為VD很小 故 -VL=Vo 又 VL=L di/dt 所以 Vo= L IL/toff,+,-,VD,Combine stage1 and stage 2,根據伏秒定律: 電感 VL-ton*ton=VL-toff*toff又 VL-ton=Vin
9、 ; -VL-toff=Vo所以 Vin*ton=(-Vo)*toff=Vin*ton=-Vo*toff所以 Vo/Vin= -ton/ toff =-D/1-D (當D0.5是負升壓 當D=0.5是一倍負壓),VL,Vin,Vo,t,ton,toff,Buck current waveform,Buck Converter,IL=Vo/RL IL=Imax-Imin=ton*(Vin-Vo)/L.ton=toff*Vo/L.toff,Ic=IL Ic=IL,ID=IL ID=IL 僅在OFF STATE 存在,Imax,IL,Imin,Imax,Ic,Imin,Imax,ID,Imin,t,
10、Buck Output Voltage Ripple,Q=C*V=I*T=Q=C*Vo=Ic*T Vo=Q/C=(1/2) *( T/2 *1/2 IL)底* 高=(1/8)*(T*IL)/C,Ic,t,Q,T/2,IL,Boost current waveform,Boost converter,Pi=Vin*Iin=Vin*IL Po=(Vo)2)/RL 假設efficiency=100% Pi=Po=Vin*IL=(Vo)2)/RL 又Vo=Vin/(1-D) 所以 Vin*IL=(Vin/(1-D)2/RL IL=Vin/(1-D)2)*RL),Imax,Imin,IL,Ic-max,
11、Ic-min,ID-max,ID-min,t,Boost Output Voltage Ripple,Q =C*Vo=I*T =(Vo/RL)*ton=C*Vo=Vo=(Vo/RL)*ton/C=(Vo*ton)/(RL*C),-Vo/RL,Ic,Q,t,Buck-Boost Current,Buck-Boost Converter,Pi=Vin*Iin 又Iin=D*IL 所以 Pi=Vin*IL*D Po=(Vo)2)/RL 假設efficiency=100% Pi=Po=Vin*IL*D=(Vo)2)/RL 又 Vo = (Vin*D)/(1-D) 取正值 所以 Vin*IL*D=(Vi
12、n*D)/(1-D)2/RL IL=Vin*D/(1-D)2*RL),Imax,Imin,IL,Ic-max,Ic-min,ID-max,ID-min,Buck-Boost Output Voltage Ripple,Q =C*Vo=I*T =(Vo/RL)*ton=C*Vo=Vo=(Vo/RL)*ton/C=(Vo*ton)/(RL*C),-Vo/RL,Ic,Q,Discussion,BuckVo=(1/8)*(T*IL)/C=IL/(8*f*C) BoostVo=(Vo*ton)/(RL*C)=(D*Vo)/(RL*C*f) Buck-BoostVo=(Vo*ton)/(RL*C)=(D*
13、Vo)/(RL*C*f),Depend on f, C, Duty cycle, RL (忽略其它效應),How to choose the inductor,Buck Regulator,公式複習: 1.VL=L di/dt=L=VL dt/di 2. Vo/Vin=Ton/(Ton+Toff)=D,Continue.Buck,VL= L*di/dt =(Vin-Vo) =L=(Vin-Vo)*dt/di=(Vin-Vo)*ton/IL=(Vin-Vo)*(D*T)/ IL,SW ON Stage:,又 D=Vo/Vin 所以 L=(Vin-Vo)*(Vo/Vin)*T )/IL=(Vin-
14、Vo)*(Vo/Vin)/f*ILeq1,ContinueBuck,SW OFF Stage:,VL=L di/dt = Vo=L=Vo*dt/di=Vo*toff/IL=(Vo*(1-D)*T)/IL,又 D=Vo/Vin 所以 L=Vo*(1-Vo/Vin)*T/IL=Vo*(Vin-Vo)/Vin)*/f*IL=(Vin-Vo)*(Vo/Vin)/f*IL和eq1相同,How to choose the inductor,Boost Regulator,公式複習: 1. VL=L di/dt 2. Vo/Vin=1/(1-D),Continue.Boost,SW ON Stage:,VL=L di/dt = Vin = L= Vin dt/di=Vin* ton/IL=Vin*D*T/IL,又 Vo/Vin=1/(1-D)=D=1-(Vin/Vo) 所以 L=Vin*(1-(Vin/Vo)*T/IL= Vin*(1-(Vin/Vo)/IL*f=(Vin/Vo)*(Vo-Vin)/IL*feq1,Continue.Boost,SW OFF Stage:,VL=L di/dt=(Vo-Vin)=L=(Vo-Vin)*dt/di=(Vo-Vin)*toff/IL=(Vo-Vin)*(1-D)*T/IL,
