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电容的公式推导(三大基本变换器公式详细推导)

时间: 2024-08-14 12:15:45  100浏览

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。

对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 即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 即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 )

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