斩波电路就是改变直流电电压的,有升压也有降压,还有负压.把斩波电路理解成开关电路,会比较容易,其实就是一个(或者很多个)开关不停通断,就是斩波电路.
举个例子来说,如果有一台只会使劲制冷的空调,但是你只想让空调停在25度左右,那么你只有在他低过25度时候,关掉开关,感觉到热了,又闭合开关,做到近似25度左右的情况,这是可行的.如下图.
但是,一旦断开,负载很快就会把所有电能吃掉.
如果不需要接续的话,这已经足够了,但是如果要连续工作的设备呢?那么就不能断,那怎样才不能断,加个接续电流的元件,也就是电感.
如下图,当SW1闭合时,电流呈红色线的流过.(因为SD1上正下负不能导通.)
当SW1断开时,等效于左边电路被抹掉,电感必须还得保持他原来应有的,方向继续运行.则SD1下面电势比上面高继续流过,SD1这时候相当于一根导线(忽略压降).
添加一个测试点:
看看仿真结果,VF2,开关经常断开关闭,而VF1电压却基本没问题.保持在6V左右.
开关的频率也符合设定.
大家可能发现,这是6V,很容易理解,10V * 60%占空比=6V,那么理论上,他是怎么做到的.
开关SW1闭合时,电路等于如下.
根据什么乱七八糟原理一看,所以L1电压是电池正端减去R10上部分.假定电池正是E,R10上部分是Uon.
当开关断开时,他是这样的,明显他在释放自己,只有-Uon.(刚才那个点已经假设为Uon了~)
根据电感上平均电压为0作为基础(即输入多少,输出多少,从来不爆仓,也从来不浪费.),所以电感放出的能量数,必须跟输入能量数恒等. 那么就是.
Uon*Ton + Uoff*Toff = 0 => 开关接通时间充电 + 开关断开时候放电,总和时间为0.
代入最开始分析的,(E-Uon)*Ton + (-Uon)*Toff,其中要求出Uon,那么公式简化为.
Uon = (Ton / (Ton+Toff)) * E,可见,就是占空比与E乘积,所以电压是6V.
这是很理想的开关电路... 谈下不理想情况(不正常情况),就是电感电流不连续,二极管和SW1都一起断流了,那么,怎么办呢.
下面把电感改成500uH,这样能储存的能量就很小了.
仿真发现有6V之高.
首先之前分析过,电感自己在耗能时候Toff1是-Uon,但是如果电感自己已经没能量了呢,定义为Toff2,那么他自己就0V.整个SW1关闭时间长度是Toff1 + Toff2.
最终不难发现,电压公式成了.
Uon = (Ton / (Ton+Toff1)) * E,因为Toff1 小于 Toff,所以的出来的Uon就大于刚才那个情况.如果Toff1非常小,那么可以极端认为接近电源电压.
接下来看看实际工作情况.一般会添加一个滤波电容(上面可以看到,没有的时候,他很大的电压纹波).因为不存在理想电容.所以还要串接上一个等效电阻,我假设100mΩ.
先看看电感电流不连续情况:
那么VF2不是完美方波.
如果是完美方波,那么他就是连续的.(符合计算预期的,其实就是电感变大了.当然频率降低了,那么放电时间变长,也自然电感电全放完了.所以,高频率,小电感,低频率,大电感.)
仿真结果:
现在纹波是5.92-5.88=0.04V,约是40mV.纹波电压是纹波电流在电容上造成的电压起伏造成的,降低ESR(比如钽电容)就能降低纹波电压.假设换10mΩ.
纹波电流降低10倍.5.904-5.90=0.004V=>4mV.钽电容虽然是1/10 ESR于普通电容,就是贵啊.
下一节开始讲升压电荷泵.先去吃饭了,过些时间再说了~