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开关型DC/DC变换器中的储能元件
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高频开关稳压电源利用无源磁性元件和容性元件的能量存储特性,从输入电压源获取能量,并暂时把能量以磁场形式存储在电感器中,或以电场形式存储在电容器中,然后将能量转换到负载,以实现DC/DC变换。
实现能量从源到负载的变换需要复杂的控制技术。现在的大多数高频开关稳压电源多采用PWM(脉冲宽度调制)控制技术。DC/DC变换器工作时的输入端能量随脉宽变化,在一个固定周期内保持平均能量的转换。PWM的占空比D是“ton”时间(ton为从电源提取能量的时间)与总开关周期(T)之比。对于高频开关稳压电源,其稳定的输出电压正比于PWM占空比。
在开关型DC/DC变换器中,功率开关和储能元件的物理尺寸直接受工作频率的影响。磁性元件所耦合的功率是
式中,P(L)为磁性元件所耦合的功率;L为磁性元件的电感;I 为流过磁性元件的电流f为流过磁性元件的电流的频率。
随着开关频率的提高,为保持恒定的功率所要求的电感应相应地减小。由于电感与磁性材料的面积和线匝数有关,所以可以减小电感器的物理尺寸。
电容元件所耦合的功率是
随着开关频率的提高,储能电容器的容量和外形尺寸也相应地减小。
元件容量和外形尺寸的减小,可使高频开关稳压电源占用较小的体积和印制电路板面积,这对于电源设计人员和系统设计人员来说都是非常重要的。
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