Switch-Mode Power Supply DC-DC converters choppers Step Down DC-DC Converter (Buck Converter) vo Vd Vo ton Ts toff Id S L Vo iL Vd R vL Vd -Vo A -Vo ton Ts B toff t.
Download
Report
Transcript Switch-Mode Power Supply DC-DC converters choppers Step Down DC-DC Converter (Buck Converter) vo Vd Vo ton Ts toff Id S L Vo iL Vd R vL Vd -Vo A -Vo ton Ts B toff t.
Switch-Mode Power Supply
DC-DC converters
choppers
Step Down DC-DC Converter (Buck Converter)
vo
Vd
Vo
ton
Ts
toff
Id
S
L
Vo
iL
Vd
R
vL
Vd -Vo
A
-Vo
ton
Ts
B
toff
t
TS
ton
TS
o
o
ton
vL dt vL dt vL dt 0
VO
Vd
(Vd VO ) ton VO (TS ton )
Pd Po
Vd I d Vo I o
iL,peak
ton
D
TS
I O Vd 1
I d VO D
iL
I LB I oB
vL
Vd -Vo
-Vo
ton
Ts
toff
1
ton
DTS
I LB I L, peak
(Vd Vo )
(Vd Vo ) I oB
2
2L
2L
Discontinuous Conduction Mode with Constant Vd
TS Vd
I LB
D(1 D )
2L
D 0 .5
TS Vd
I LB,max
8L
I LB 4 I LB,max D(1 D)
iL,peak
iL
I L Io
vL
Vd -Vo
-Vo
ton
Ts
1Ts 2Ts
Discontinuous Conduction Mode with Constant Vd (continue)
(Vd Vo ) D TS ( Vo ) 1 TS 0
Vo
D
V
D 1
I L, peak o 1TS
I o I L, peak
Vd D 1
L
2
Vo TS
Vd TS
Io
( D 1 ) 1
D 4 I LB,max D 1
2L
2L
IO
Then
1
4 I LB,max D
Vo
Vd
1
D
4
2
D2
Io
I LB,max
Discontinuous Conduction Mode with Constant Output Voltage
TS Vo
I LB
(1 D )
2L
D0
I LB (1 D) I LB,max
V
1 D d D
Vo
V T
V V
I o o S D 2 d d 1
2L
Vo Vo
2 Vd Vd
I o I LB,max D
1
Vo Vo
V
D o
Vd
1/ 2
I o I LB,max
*
1 Vo Vd
T V
I LB,max S o
2L
Output Voltage Ripples
I LB I OB
vL
Vd -Vo
-Vo
ton
Vo
(1 D)
Vo
2
2
toff
Ts
fC
iL,peak
iL
Q
I LB I OB
Ts / 2
VO
VO
1
2 LC
fC
fS
2
In discontinuous conduction mode,
DTS (Vd Vo ) L I O [ DTS (Vd Vo )Vo L I oVo Vd Vo DTS Vd Vo LIo ]
Vo
i
2LCVo Vd Vo
L,peak
iL
I L Io
vL
Vd -Vo
-Vo
1Ts 2Ts
ton
Ts
iL
iL,peak
Q
I L Io
t 2 t1
t2
t1
Vo
Vo
Example 1 In buck converter, Vd=12 V to 40 V, Vo=5 V, Io=1 A, C=500 uF, and
fS=50 kHz. (a) Find the minimum inductance to keep the converter in
continuous conduction mode under all conditions.
(b) Calculate Vo in the output voltage at L=50 uH for Vd=12 and 40 V
(c) Calculate Vo in the output voltage at L=20 uH for Vd=12 and 40 V
Solution
Step Up (Boost) Converter
Io
IT + VL Vo
Vd
RL
vL
Vd
ton
Ts
toff
Vd -Vo
iL
IL
ton
Ts
toff
vL
Vd
ton
Ts
toff
Vd -Vo
iL
IL
ton
Ts
Vd ton (Vd VO ) toff 0
Pd PO
toff
Vo TS
1
Vd Toff 1 D
Vd I d Vo I o
I
o (1 D )
Id
Boundary Between Continuous And Discontinuous Conduction
1
1 Vd
TS Vo
I LB I L, peak
ton
D(1 D )
2
2 L
2L
1
1 Vd
TS Vo
I LB I L, peak
ton
D(1 D )
2
2 L
2L
. D 0.5 maximum value at
TS VO
I LB,max
8L
TS Vo
IOB
D(1 D )2 has its maximum at D=1/3=0.3333. Then I OB
2L
2 TS Vo
TS Vo
IOB,max
0.074
27 L
L
I LB 4 D(1 D) I LB,max
27
I oB D(1 D )2 I oB ,max
4
Discontinuous Conduction Mode
Vd DTS (Vd Vo ) 1TS 0
Vo 1 D
Io
1
And
Vd
1
I d 1 D
TSVd
Io
D1
2L
Vd
Id
DTS ( D 1 )
2L
1/ 2
4 Vo Vo
Io
D
1
27
V
V
I
oB ,max
d d
Output Voltage Ripple For Continuous Conduction Mode
Q I O DTS VO DTS
VO
C
C
RC
Output Voltage Ripple for Discontinuous Conduction Mode
Q
1 Vd DTs LI o 2
Vo
Vo Vd
C 2 LC
Example 2