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降压转换器电流和电压动态
接线图
2024年01月26日 10:46 193
admin
降压转换器导通状态下的电流和电压 当开关控制波形（原理图中的 VSWITCH）为逻辑高电平时，开关打开。这使得电流可以从输入电源自由流向电路的右侧部分（图 2）。
图 2.降压转换器导通状态下的电流流动
如图 2 所示，电源电流流经开关 S1 和电感器 L1，最后流向电容器 C1 和负载电阻器。通过电感器的电流逐渐增加，并且电感器正在“充电”，即，存储在其磁场中的能量正在增加。电感器电流分配至电容器和负载。
请注意，该图没有显示任何电流流入二极管。在导通状态期间，开关两端的电压降几乎为零，因此二极管两端的电压约等于V IN。因此，二极管是反向偏置的并且表现为开路。
降压转换器开启期间的瞬态响应 当开关打开时，让我们仔细考虑图 3 的多窗格图中包含的信息。我们将从底部开始一直到顶部讨论每个子图。
二极管电压
从底部开始，我们知道处于导通状态，因为二极管两端的电压 (12 V) V(d1) 等于输入电压。
电感电流
电感器电流 I(L1) 逐渐上升，并且电感器正在充电。请注意，该图中纵轴的最小值是 80 mA，而不是 0 mA。尽管开关在关闭状态下完全阻止输入电流，但电感器可确保大量电流继续在电路的右侧部分流动。
电容器电流
流入电容器的电流 I(C1) 也在增加。当 I(C1) 超过 0 mA 并变为正值时，电容器开始充电（并且其电压增加）。
负载电流
负载电流 I(Load) 稳定在电感电流的平均值。当电感器电流以 140 mA 的纹波上下倾斜时，负载电流如何保持如此稳定？电感器电流仅有的两条路径是负载电阻和电容器 C1，因此答案必须涉及 C1。
如果仔细观察 I(C1) 图，您会发现电容器不断补偿电感器电流的偏差。例如，当 I(L1) 为 80 mA 时，I(C1) 为 –70 mA，其中负号表示电容器提供70 mA 电流。负载从电感器获得 80 mA 电流，加上从电容器获得 70 mA 电流，从而产生 150 mA 的总电流。
然而，当 I(L1) 为 220 mA 时，I(C1) 为 +70 mA，其中正号表示电容器正在吸收70 mA。因此，负载电流为 220 mA – 70 mA = 150 mA。
输出电压
输出电压 V(vout)（也是电容器两端的电压）在其平均电压附近呈现出低幅度纹波。在输出电压图中，我放大了 y 轴以突出显示电压纹波。
请注意，当电容器电流超过 0 mA 时，电压开始增加。这是有道理的 - 在此模拟中，正电容器电流是流入电容器的电流，因此会导致其电压增加。
输出端的电压约为 6 V，约为 12 V 输入电压的一半。降压转换器确实按照需要降低了电压。
降压转换器关断状态下的电流和电压
当开关 S1 关闭时，电流继续在电路的右侧部分流动，如图 4 所示。不过，该电流不能来自输入电源，也不能来自无处。相反，它在二极管 D1 的帮助下循环。 关断状态下的降压转换器电流
当开关关闭时，电感器 L1 的作用类似于电源而不是负载。尽管输入电源丢失，电感器仍保持电流流动，但其电流正在逐渐下降。
当电感器电流减小时，其电压降的极性相对于电流增大时的极性反转。在图 4 的示意图中，这意味着左侧电感器端子相对于右侧端子变为负值，事实上，该电压甚至相对于接地变为负值。
当左侧电感器端子电压变得足够负以对二极管 D1 进行正向偏置时，电流可以如图所示循环。二极管在开关模式调节器中起着至关重要的作用。它在导通状态期间不会干扰电路操作，并且在关断状态期间为电感器电流创建低阻抗路径。
降压转换器关断期间的瞬态响应
让我们看看图 5 中所示的多窗格图的关闭状态版本，再次从底部到顶部。 降压转换器导通状态下的瞬态电流和电压
二极管电压
请注意，二极管阴极的电压以及电感器左侧端子的电压 V(d1) 不会降至零，而是降至零以下。它远低于零，足以使二极管正向偏置。二极管的阳极直接接地，因此正向偏置需要阴极有负电压。
电感电流
电感器电流 I(L1) 逐渐下降，表明电感器正在放电，即在其磁场中损失能量。电感器的压降使其可以通过二极管从接地节点汲取电流。
电容器电流
电容器电流 I(C1) 正在减小，并在对应于 V(vout) 图中从电容器电压增加到电容器电压减小的转变的时刻从正区域交叉到负区域。
负载电流
与在导通状态下一样，负载电流在关断状态期间保持基本恒定。
输出电压
输出电压随着电容器向负载提供电荷而增加，然后随着电容器电流变为负值而开始下降。请注意，电压的比例再次被放大，以突出显示相对较低的输出电压变化。
降压转换器的稳定输出电压和电流
我们研究了降压开关稳压器功率级在开启状态和关闭状态期间的电气行为。我希望这次讨论能够帮助您了解这些电路如何保持稳定的电压和一致的负载电流，同时实现高效率。这可以通过开/关开关控制来实现。
图 2.降压转换器导通状态下的电流流动
如图 2 所示，电源电流流经开关 S1 和电感器 L1，最后流向电容器 C1 和负载电阻器。通过电感器的电流逐渐增加，并且电感器正在“充电”，即，存储在其磁场中的能量正在增加。电感器电流分配至电容器和负载。
请注意，该图没有显示任何电流流入二极管。在导通状态期间，开关两端的电压降几乎为零，因此二极管两端的电压约等于V IN。因此，二极管是反向偏置的并且表现为开路。
降压转换器开启期间的瞬态响应 当开关打开时，让我们仔细考虑图 3 的多窗格图中包含的信息。我们将从底部开始一直到顶部讨论每个子图。
二极管电压
从底部开始，我们知道处于导通状态，因为二极管两端的电压 (12 V) V(d1) 等于输入电压。
电感电流
电感器电流 I(L1) 逐渐上升，并且电感器正在充电。请注意，该图中纵轴的最小值是 80 mA，而不是 0 mA。尽管开关在关闭状态下完全阻止输入电流，但电感器可确保大量电流继续在电路的右侧部分流动。
电容器电流
流入电容器的电流 I(C1) 也在增加。当 I(C1) 超过 0 mA 并变为正值时，电容器开始充电（并且其电压增加）。
负载电流
负载电流 I(Load) 稳定在电感电流的平均值。当电感器电流以 140 mA 的纹波上下倾斜时，负载电流如何保持如此稳定？电感器电流仅有的两条路径是负载电阻和电容器 C1，因此答案必须涉及 C1。
如果仔细观察 I(C1) 图，您会发现电容器不断补偿电感器电流的偏差。例如，当 I(L1) 为 80 mA 时，I(C1) 为 –70 mA，其中负号表示电容器提供70 mA 电流。负载从电感器获得 80 mA 电流，加上从电容器获得 70 mA 电流，从而产生 150 mA 的总电流。
然而，当 I(L1) 为 220 mA 时，I(C1) 为 +70 mA，其中正号表示电容器正在吸收70 mA。因此，负载电流为 220 mA – 70 mA = 150 mA。
输出电压
输出电压 V(vout)（也是电容器两端的电压）在其平均电压附近呈现出低幅度纹波。在输出电压图中，我放大了 y 轴以突出显示电压纹波。
请注意，当电容器电流超过 0 mA 时，电压开始增加。这是有道理的 - 在此模拟中，正电容器电流是流入电容器的电流，因此会导致其电压增加。
输出端的电压约为 6 V，约为 12 V 输入电压的一半。降压转换器确实按照需要降低了电压。
降压转换器关断状态下的电流和电压
当开关 S1 关闭时，电流继续在电路的右侧部分流动，如图 4 所示。不过，该电流不能来自输入电源，也不能来自无处。相反，它在二极管 D1 的帮助下循环。 关断状态下的降压转换器电流
当开关关闭时，电感器 L1 的作用类似于电源而不是负载。尽管输入电源丢失，电感器仍保持电流流动，但其电流正在逐渐下降。
当电感器电流减小时，其电压降的极性相对于电流增大时的极性反转。在图 4 的示意图中，这意味着左侧电感器端子相对于右侧端子变为负值，事实上，该电压甚至相对于接地变为负值。
当左侧电感器端子电压变得足够负以对二极管 D1 进行正向偏置时，电流可以如图所示循环。二极管在开关模式调节器中起着至关重要的作用。它在导通状态期间不会干扰电路操作，并且在关断状态期间为电感器电流创建低阻抗路径。
降压转换器关断期间的瞬态响应
让我们看看图 5 中所示的多窗格图的关闭状态版本，再次从底部到顶部。 降压转换器导通状态下的瞬态电流和电压
二极管电压
请注意，二极管阴极的电压以及电感器左侧端子的电压 V(d1) 不会降至零，而是降至零以下。它远低于零，足以使二极管正向偏置。二极管的阳极直接接地，因此正向偏置需要阴极有负电压。
电感电流
电感器电流 I(L1) 逐渐下降，表明电感器正在放电，即在其磁场中损失能量。电感器的压降使其可以通过二极管从接地节点汲取电流。
电容器电流
电容器电流 I(C1) 正在减小，并在对应于 V(vout) 图中从电容器电压增加到电容器电压减小的转变的时刻从正区域交叉到负区域。
负载电流
与在导通状态下一样，负载电流在关断状态期间保持基本恒定。
输出电压
输出电压随着电容器向负载提供电荷而增加，然后随着电容器电流变为负值而开始下降。请注意，电压的比例再次被放大，以突出显示相对较低的输出电压变化。
降压转换器的稳定输出电压和电流
我们研究了降压开关稳压器功率级在开启状态和关闭状态期间的电气行为。我希望这次讨论能够帮助您了解这些电路如何保持稳定的电压和一致的负载电流，同时实现高效率。这可以通过开/关开关控制来实现。
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