1.4串联电容降压变换器的主要优点

前面我们分析了

串联电容 Buck 电路的

一些主要的工作特点

那么从它这些工作的特点来看

我们就可以发现

我们这个新型的串联电容 Buck 电路

它有一些优点

那么第一个比较明显的一点就是

它能够比较有效地降低一个开关的损耗

我们从分析都可以看到

我们的每一相的一个 Buck 的上管

那么它实际上有效的一个输入电压

会变成一个 1/2 的输入值

那么这个时候我们在

每个管子的开关损耗的那个阶段

也就是说我们在开通和关断的时候

电压和电流交接的区间

那么就可以实现一个比较明显的

使它们整个的交接区间的一个损耗能够降低

第二个优点就是说

它能够使我们的一个开关损耗

就是开关电容上的一个损耗

因为我们每个 MOS 管上都有一个 COSS

那么我们在 COSS 上储存的一个能量

因为电压减半了

所以说它那个

根据 1/2*CV² 的话

那么在这个电容上

它所储存的能量的损失

那么就也可以降低大概 67%

所以说从右边这里看到

我们这是一个做了测试的比较

最上面这里指的是

我们 Vds 是 12V 的时候

我们做一个 Buck 的开关管的开关

那么这个时候我们可以看到

它输出电容上也就是 COSS 上

它有一个 30.4nJ 的损耗

那么如果说我们这个时候

把 Vds 降到只有 6V

也就是说电压只有原来的一半的时候

那么我们在这个 MOS 管上的一个 COSS 上

那么它所造成的一个损耗就只有

大概 10nJ

因为可以通过这种方式能够

使我们的 MOS 管的一个开关损耗大幅降低

所以说这就给了我们一个机会

能够把我们的系统的开关频率

能够提升到一个更高的范围

除了前面提到的

能够把我们的主开关管的

Vds 电压降低一半之外

我们的这个新的

串联电容 Buck 电路的一个拓扑

它同时也还能够降低

我们在电感上的一个纹波的电流

我们通过计算可以做出一个对比

我们在每相的一个电感电流上

相对于我们之前单相的 Buck 电路来说

电流的一个缩减的比率

大概会有一个 33% 的衰减

也就是说我们在电感上的一个电流纹波

在相同的一个条件下

能够衰减一个三分之一

那么这样带来一个好处就是

我们的这个电感上因为它的 Δi 变小了

那么这意味着我们电感它所本身

因为 Δi 所产生的一个磁芯损耗

能够大幅度地降低

那么相应的话

那么这个时候因为它的磁损已经降低了

所以说我们就可以选择一个更小的电感值

来作为一个同样的拓扑

第三个也就是最重要的一个特点

就是我们这个新型的串联电容 Buck 电路

它本身就是自带一个

自动均流的一个功能

那么我们可以看到就是

串联电容它实际上会形成一个

平均电流的反馈的机制

因为我们从前面的分析可以看到

就是我们这个串联电容它的一个充电电流

实际上是等于

我们 a 路电感的一个充电的电流

那么它的放电电流

也实际上是等于

我们 b 路电感的一个放电的电流

所以说在稳态的时候

我们这个串联电容上

它的电压要保持稳定

那么就意味着

我们的这个充电电流跟放电电流的平均值

必须要相等

所以说这个机制产生之后

就能够使我们电容产生一个自动均衡的功能

这个时候我们可以知道

因为我们在实际的电路设计里面

那么它总是会有一些参数的适配的问题

比如说一些电感值

比如说一些的电感的 DCR

或者是我们管子的导通时间的一些不匹配

那么这个时候就会

在我们的电感上可能会有

它的一个峰峰值的纹波电流的一些差异

但是即使我们有这些差异的话

那么我们每一相的电感电流

包括 La 包括 Lb

它们上的电感电流的平均值

都是会一致的

我们可以看到下边这个图

那么实际上就给出了一个例子

比如说 a、b 两相它的电感量会不一样

那么 a 相的电感量要大于 b 相电感量

所以我们看到 a 相的 Δi

明显就小于 b 相上的 Δi

但是它们这两项围起来的一个阴影的面积

它们的平均值

就是说我们每相电感的一个平均电流

它们的值都是相等的

所以说这个时候就意味着

我们的每一相的电感电流它都是一样的

那么右边是给出

我们关于均流的一个测试结果

我们给了 a 路电感是一个 100nH 的值

那么 b 路电感是 200nH

我们实测下来就发现在

从 0A 到 8A 的

整体的一个输出电流的时候

我们在 a、b 两相上的电感电流

都是是完全匹配的

那么从右下角我们这个测试的波形来看

a、b 两项它们的 Δi

也就是峰峰值的一个电流

那么是明显不一致的

但是它们的平均值都是在同一个水平线上

那么这个实际上就意味着

我们 a、b 两相它的一个电感电流

都是实现了一个自动的均流

前面我们分析了

串联电容 Buck 电路的

一些主要的工作特点

那么从它这些工作的特点来看

我们就可以发现

我们这个新型的串联电容 Buck 电路

它有一些优点

那么第一个比较明显的一点就是

它能够比较有效地降低一个开关的损耗

我们从分析都可以看到

我们的每一相的一个 Buck 的上管

那么它实际上有效的一个输入电压

会变成一个 1/2 的输入值

那么这个时候我们在

每个管子的开关损耗的那个阶段

也就是说我们在开通和关断的时候

电压和电流交接的区间

那么就可以实现一个比较明显的

使它们整个的交接区间的一个损耗能够降低

第二个优点就是说

它能够使我们的一个开关损耗

就是开关电容上的一个损耗

因为我们每个 MOS 管上都有一个 COSS

那么我们在 COSS 上储存的一个能量

因为电压减半了

所以说它那个

根据 1/2*CV² 的话

那么在这个电容上

它所储存的能量的损失

那么就也可以降低大概 67%

所以说从右边这里看到

我们这是一个做了测试的比较

最上面这里指的是

我们 Vds 是 12V 的时候

我们做一个 Buck 的开关管的开关

那么这个时候我们可以看到

它输出电容上也就是 COSS 上

它有一个 30.4nJ 的损耗

那么如果说我们这个时候

把 Vds 降到只有 6V

也就是说电压只有原来的一半的时候

那么我们在这个 MOS 管上的一个 COSS 上

那么它所造成的一个损耗就只有

大概 10nJ

因为可以通过这种方式能够

使我们的 MOS 管的一个开关损耗大幅降低

所以说这就给了我们一个机会

能够把我们的系统的开关频率

能够提升到一个更高的范围

除了前面提到的

能够把我们的主开关管的

Vds 电压降低一半之外

我们的这个新的

串联电容 Buck 电路的一个拓扑

它同时也还能够降低

我们在电感上的一个纹波的电流

我们通过计算可以做出一个对比

我们在每相的一个电感电流上

相对于我们之前单相的 Buck 电路来说

电流的一个缩减的比率

大概会有一个 33% 的衰减

也就是说我们在电感上的一个电流纹波

在相同的一个条件下

能够衰减一个三分之一

那么这样带来一个好处就是

我们的这个电感上因为它的 Δi 变小了

那么这意味着我们电感它所本身

因为 Δi 所产生的一个磁芯损耗

能够大幅度地降低

那么相应的话

那么这个时候因为它的磁损已经降低了

所以说我们就可以选择一个更小的电感值

来作为一个同样的拓扑

第三个也就是最重要的一个特点

就是我们这个新型的串联电容 Buck 电路

它本身就是自带一个

自动均流的一个功能

那么我们可以看到就是

串联电容它实际上会形成一个

平均电流的反馈的机制

因为我们从前面的分析可以看到

就是我们这个串联电容它的一个充电电流

实际上是等于

我们 a 路电感的一个充电的电流

那么它的放电电流

也实际上是等于

我们 b 路电感的一个放电的电流

所以说在稳态的时候

我们这个串联电容上

它的电压要保持稳定

那么就意味着

我们的这个充电电流跟放电电流的平均值

必须要相等

所以说这个机制产生之后

就能够使我们电容产生一个自动均衡的功能

这个时候我们可以知道

因为我们在实际的电路设计里面

那么它总是会有一些参数的适配的问题

比如说一些电感值

比如说一些的电感的 DCR

或者是我们管子的导通时间的一些不匹配

那么这个时候就会

在我们的电感上可能会有

它的一个峰峰值的纹波电流的一些差异

但是即使我们有这些差异的话

那么我们每一相的电感电流

包括 La 包括 Lb

它们上的电感电流的平均值

都是会一致的

我们可以看到下边这个图

那么实际上就给出了一个例子

比如说 a、b 两相它的电感量会不一样

那么 a 相的电感量要大于 b 相电感量

所以我们看到 a 相的 Δi

明显就小于 b 相上的 Δi

但是它们这两项围起来的一个阴影的面积

它们的平均值

就是说我们每相电感的一个平均电流

它们的值都是相等的

所以说这个时候就意味着

我们的每一相的电感电流它都是一样的

那么右边是给出

我们关于均流的一个测试结果

我们给了 a 路电感是一个 100nH 的值

那么 b 路电感是 200nH

我们实测下来就发现在

从 0A 到 8A 的

整体的一个输出电流的时候

我们在 a、b 两相上的电感电流

都是是完全匹配的

那么从右下角我们这个测试的波形来看

a、b 两项它们的 Δi

也就是峰峰值的一个电流

那么是明显不一致的

但是它们的平均值都是在同一个水平线上

那么这个实际上就意味着

我们 a、b 两相它的一个电感电流

都是实现了一个自动的均流