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1.2 LM5175控制的升降压变换器工作原理

那我们第二部分重点要介绍 四开关升降压变换器的基本的工作方式 接下来我们就会重点介绍 四开关升降压变换器的主功率拓扑 以及它的控制策略 首先我们讲一下它的主功率拓扑 那在这边我们可以看到 左边是四开关升降压变换器的降压部分 我们叫 Buck Leg 就是它的 Buck 桥臂 那它和传统的 Buck 变换器一样 由主开关管和同步整流管组成 那右侧就是它的 Boost Leg 也就是它的升压桥臂 由 Boost 的主开关管 和它的同步整流管组成 那么两个桥臂 共同分享一个电感以及一个 CS 电阻 左边分别是输入电容和输出电容 在控制策略上是 升降压变换器主要用的是电流控制模式 那对应于 Boost 和 Buck 模式 分别有峰值电流控制模式 和峰谷电流控制模式 在这里我们可以看到 当它工作在 Boost 模式的时候 这个电流是经过主开关管 再通过 CS 电阻 因此这里是采用了 一个峰值电流控制模式 加上它的谐波补偿 那么在 Buck 工作的时候 可以看到它的电流 是通过 CS 电阻走上了同步整流管 再通过电感走到输出 因此这里是使用峰谷控制的电流模式 那么在 Buck 和 Boost 的 这个 Transition 区域 或者我们叫做过渡区域的时候 它是工作在一个 Buck 和 Boost 交替工作的状态 那么每个工作模式的开关频率 是原来开关频率的一半 那么运用 Peak boost 和 Valley Buck 的这种控制模式 对于整个模拟系统 有一个非常大的好处 大家可以看到的 当我的输出固定 Vin 从一个最低输入电压 到一个最高输入电压的时候 它会从 Boost 到 Buck-Boost 再到最后的 Buck 那在整个变化的过程中 我的 COMP 是一个连续变化的过程 接下来我们介绍一下 在 Vin 和 Vo 比较接近的时候 整个升降压变换器会工作在 一个 Buck-Boost 的过渡阶段 或者说 Transition Mode 在这个工作模式下 它是如何进入的和如何工作的 首先我们可以看到 当输入电压比较低的时候 Buck 桥臂的主管其实是一个直通的状态 这个时候 Boost 桥臂的主管和同步整流管 在做开关的切换 那这个时候 SW1 这一点的电压 就是输入电压 SW2 的电压就是一个方波 它的最高值是 VO,最低值是地 而在输入电压比输出电压高的时候 这个时候 Buck 桥臂 是工作在一个开关状态 Boost 同步整流管这个管子是直通状态 这个时候 SW2 这一点 就等于输出电压 那 SW1 的这一点就是呈现一个方波 方波的最高值是 Vin 最低值是地 那么当我的输入电压 从一个由高往低的状态变化的时候 首先我的 Buck 会逐渐地增大它占空比 那么对应的同步整流管的占空比 会逐渐地减小 当 Buck 的同步整流管 这个管子的 off-time 或者是它的打开的时间 小于 250ns 的时候 它就会进入一个过渡模式 那同样的 当我们输入电压从低往高处走的时候 Boost 的这个主管的占空比会不停地减小 那直到它的 on-time 减少到 250ns 的时候 它也会进入到一个过渡区 那在进入到过渡区之后 分别是 SW2 也就是 Boost Leg 它开通 1/2 的开关频率 那么 SW1 就是 Buck 桥臂 它也开通 1/2 的开关频率 当 Vin 是小于 U 并且在 Transition 区域里面 这个时候 Boost 的这个占空比 通过调制了来稳定输出电压 当 Vin 大于 U 并且在这个 Transition 区域 过渡区域里面 这个时候 Buck 的主管占空比调制 来稳定这个输出电压 那 Boost 的这个主管 就工作在一个最小的导通时间 同时我们可以看到 在这个 Transition 区域两端 都是有一定的迟滞的 那这个迟滞的意义 就不让这个变换器来回地 在 Buck 和 Buck-Boost 这个过渡区域 来回地切换 使得整个系统进入一个比较混乱的状态 以上就是我们对四开关升降压变换器的 工作原理的简单介绍 感谢大家的观看和收听,谢谢

那我们第二部分重点要介绍

四开关升降压变换器的基本的工作方式

接下来我们就会重点介绍

四开关升降压变换器的主功率拓扑

以及它的控制策略

首先我们讲一下它的主功率拓扑

那在这边我们可以看到

左边是四开关升降压变换器的降压部分

我们叫 Buck Leg

就是它的 Buck 桥臂

那它和传统的 Buck 变换器一样

由主开关管和同步整流管组成

那右侧就是它的 Boost Leg

也就是它的升压桥臂

由 Boost 的主开关管

和它的同步整流管组成

那么两个桥臂

共同分享一个电感以及一个 CS 电阻

左边分别是输入电容和输出电容

在控制策略上是

升降压变换器主要用的是电流控制模式

那对应于 Boost 和 Buck 模式

分别有峰值电流控制模式

和峰谷电流控制模式

在这里我们可以看到

当它工作在 Boost 模式的时候

这个电流是经过主开关管

再通过 CS 电阻

因此这里是采用了

一个峰值电流控制模式

加上它的谐波补偿

那么在 Buck 工作的时候

可以看到它的电流

是通过 CS 电阻走上了同步整流管

再通过电感走到输出

因此这里是使用峰谷控制的电流模式

那么在 Buck 和 Boost 的

这个 Transition 区域

或者我们叫做过渡区域的时候

它是工作在一个

Buck 和 Boost 交替工作的状态

那么每个工作模式的开关频率

是原来开关频率的一半

那么运用 Peak boost

和 Valley Buck 的这种控制模式

对于整个模拟系统

有一个非常大的好处

大家可以看到的

当我的输出固定

Vin 从一个最低输入电压

到一个最高输入电压的时候

它会从 Boost 到 Buck-Boost

再到最后的 Buck

那在整个变化的过程中

我的 COMP 是一个连续变化的过程

接下来我们介绍一下

在 Vin 和 Vo 比较接近的时候

整个升降压变换器会工作在

一个 Buck-Boost 的过渡阶段

或者说 Transition Mode

在这个工作模式下

它是如何进入的和如何工作的

首先我们可以看到

当输入电压比较低的时候

Buck 桥臂的主管其实是一个直通的状态

这个时候 Boost 桥臂的主管和同步整流管

在做开关的切换

那这个时候 SW1 这一点的电压

就是输入电压

SW2 的电压就是一个方波

它的最高值是 VO,最低值是地

而在输入电压比输出电压高的时候

这个时候 Buck 桥臂

是工作在一个开关状态

Boost 同步整流管这个管子是直通状态

这个时候 SW2 这一点

就等于输出电压

那 SW1 的这一点就是呈现一个方波

方波的最高值是 Vin

最低值是地

那么当我的输入电压

从一个由高往低的状态变化的时候

首先我的 Buck 会逐渐地增大它占空比

那么对应的同步整流管的占空比

会逐渐地减小

当 Buck 的同步整流管

这个管子的 off-time

或者是它的打开的时间

小于 250ns 的时候

它就会进入一个过渡模式

那同样的

当我们输入电压从低往高处走的时候

Boost 的这个主管的占空比会不停地减小

那直到它的 on-time

减少到 250ns 的时候

它也会进入到一个过渡区

那在进入到过渡区之后

分别是 SW2 也就是 Boost Leg

它开通 1/2 的开关频率

那么 SW1 就是 Buck 桥臂

它也开通 1/2 的开关频率

当 Vin 是小于 U

并且在 Transition 区域里面

这个时候 Boost 的这个占空比

通过调制了来稳定输出电压

当 Vin 大于 U

并且在这个 Transition 区域

过渡区域里面

这个时候 Buck 的主管占空比调制

来稳定这个输出电压

那 Boost 的这个主管

就工作在一个最小的导通时间

同时我们可以看到

在这个 Transition 区域两端

都是有一定的迟滞的

那这个迟滞的意义

就不让这个变换器来回地

在 Buck 和 Buck-Boost 这个过渡区域

来回地切换

使得整个系统进入一个比较混乱的状态

以上就是我们对四开关升降压变换器的

工作原理的简单介绍

感谢大家的观看和收听,谢谢

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视频简介

1.2 LM5175控制的升降压变换器工作原理

所属课程:TI PSDS研讨会课程 发布时间:2017.06.21 视频集数:57 本节视频时长:5:35
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