开关电源变换器稳态原理分析(电感伏秒平衡及电容电荷平衡)

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#伏秒平衡 #安秒平衡

在大量开关周期中，当开关频率固定时，开关占空比D也保持恒定，例如对n个周期，电流波形和电压波形在每个开关周期是重复的。这就意味着电压波形和电流波形变成周期性波形，周期为T,即i((n+1)T)=i(nT),v((n+1)T)=v(nT),这样的状态就称为稳态。有两个非常重要的原理来描述变换器的稳态工作，那就是电感的伏秒平衡和电容的电荷平衡。这两个特性被用来分析各种开关变换器的稳态工作过程。

1、电感伏秒平衡

当电路处于稳态时，流过电感的电流是周期性的。那么

电感两端的电压可以表示为

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《Fundamentals of Power Electronics》2.2电感伏秒平衡、电容电荷平衡和小纹波近似
weixin_44204282的博客
02-24 1097
2.2电感伏秒平衡、电容安秒平衡和小纹波近似
伏秒平衡的深入理解
aElect的博客
09-14 5871
伏秒平衡原理就是电感伏安特性在开关电源中的体现，体现在开关电源利用电感进行能量传递这个方面，包括能量的储存和释放两个过程。
开关电源稳态分析
11-16
在瞬态分析之前必须先作稳态分析，以了解开关电源在额定工作点的运行情况。假定占空比DU不变，即开关电源稳定运行于某个额定工作点。稳态分析的主要内容有：计算DC电压增益UO/Ui＝f（DU），外特性Uo＝f（IO），输出电压纹波△UO，输人电流纹波ΔIi，开关电压或电流，电感电压或电流，效率η＝f（Du）等。这也是功率开关器件的电流、电压应力、储能元件（电感和电容值）及变压器等设计的基础。        欢迎转载，信息来源维库电子市场网（www.dzsc.com）  来源:ks99
2-1电感的伏秒平衡和电容的电荷平衡
qq_57564640的博客
03-20 1791
图1BUCK电路基本拓扑结构如图1。实际上，电路输出v（t）通常是一个直流分享叠加纹波分类，如图2所示图2当电路开关位于位置1时，电路如图3（a），此时电感电压等于vL = Vg − v(t) ，由于输出的纹波分量很小，因此可以近似为vL ≈ Vg − V。又因为电感电压vL(t) = L*diL(t)/dt ，因此diL(t)/dt=（Vg − V）/L.
【电源】DC-DC电路中的伏秒平衡原理
weixin_43381663的博客
03-21 1万+
工作在稳态时，电感两端的电压在一个开关周期中积分为零，简单理解为在一个周期里正向电压和反向电压对称相等，其实也就是电感L上磁通量正负方向需相同。基于以上积分结论，现在我们反向假设：如果电感两端电压在一个开关周期内的积分不为零，那么流过电感的电流在该周期里的幅值会不断增加，导致电感饱和，继续增加最终会导致电感L烧坏。比较难理解BUCK/BOOST的升降压区别，或者原理看完就忘又区分不开，那是因为没有很好的理解今天我们所要提到的一个基本原理：电感的伏秒平衡原理。在DC-DC电路应用中，我们很多。
伏秒平衡原则分析
weixin_34292287的博客
11-26 3796
http://blog.youkuaiyun.com/lg2lh/article/details/24369903 电感的电压公式 V＝L×di/dt=L×ΔI/ ΔT,推出ΔI＝V×ΔT/L   伏秒数：伏秒数也称为伏秒积，即电感两端的电压V和开关动作时间T二者的乘积。 伏秒原则：开关电源稳定工作状态下，加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感两端电压乘以关断时间。 公式：ΔVon ·Ton...
伏秒平衡理解（服务于开关电路）
2301_81224740的博客
12-12 574
当开关元件关闭时，电感中的电流不能突变，电感会阻碍电流变小，试图让电流大小保持，产生反电动势（楞次定律）。这个电压维持电流流动一段时间，从而将电感存储的能量释放出来。电感电流降到零为断续导通（到下一个电流周期有一段电流为0的时间）即电感两端的电压与通过电感的电流变化率成正比，这种特性决定了电感在开关电源中的两个作用：能量的存储，释放，以及滤波。电感电流总是大于零为连续导通。电感的电感量（L）决定了它存储能量的能力，电感量越大，存储的能量越多。即：当DC-DC电路处于稳态时，流过电感的电流是周期性的。
开关电源中的电容器选择.pdf
09-12
在开关电源设计中，电容器的选择至关重要，因为它直接关系到电源的性能和可靠性。本文档由南京航空航天大学自动化学院的赵修科撰写，强调了电容器在开关电源中的应用和重要参数。 首先，电容器的基本原理结构包括两...
电容电荷平衡控制.pdf
11-21
在电力电子领域，DC-DC...总的来说，这篇文章为提高DC-DC变换器的动态性能提供了一个创新的数字控制策略，利用电容电荷平衡原理优化瞬态响应，克服了传统方法的局限性，对于现代高动态性能电源系统的设计具有重要价值。
在升压变换器中利用新型MOSFET减少开关损耗
07-26
文中提到的稳态时电感器储存能量与释放能量平衡的伏秒积公式，以及在电感电流连续模式下的电感电流平均值公式，都是基于电路理论推导出的基本计算公式。通过这些公式，可以准确计算出所需的电感器和输出电容器的具体...
电感电压伏秒的平衡定律与启示
07-17
电感电压在一个开关周期内的伏秒平衡定律，也可以用电感上的磁链平衡来理解，磁链是电感量和流过电感的电流之乘积（Li），在电感上的电压为正的间隔内，电感中的电流会增加，其磁链也跟着增加，这个过程是电感的激磁。本文主要讲述电感电压伏秒的平衡定律与启示。
开关电源的原理与设计
05-12
- **Cuk变换器**：结合了电荷泵和电感的特性，既可以升压也可以降压，同时具有良好的电磁兼容性。 ##### 1.3 DC-DC变换器主回路使用的元件及其特性 DC-DC变换器主回路主要包括开关、电感和电容等元件。 - **开关*...
伏秒平衡
weixin_34221112的博客
11-19 8352
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关于伏秒平衡原理的解释
七水的博客
04-23 7万+
首先明白什么是伏秒值：伏秒值就是伏秒积，即电感两端的电压V和这段时间T的乘积，顾伏秒值也通常称作为伏秒积。 再来看什么是伏秒平衡：伏秒平衡其实是有应用环境的，一般用在开关电路（网上资料都写的是开关电源）。 当开关电路稳定工作的时候，一个开关周期内的电感的电流变化量最终为0，即经过电感的电 流增量和电感的电流减少量是相等。换句话说，在开关电路中，一个周期因开关作用被分为两 段，其中一
开关电源设计(1)--电感、伏秒平衡和电流纹波率
weixin_43233653的博客
01-23 1193
电感（Inductor）是电子电路中用于存储磁场能量的被动元件，其核心特性是阻碍电流的变化。当电流通过导线时，周围会产生磁场，电感是衡量导线（或线圈）存储磁场能量能力的物理量。
开关电源设计-电感、伏秒定律
weixin_43706174的博客
04-07 3125
当开关关断时，输入直流电压源被断开，但电流流向保持不变，因此在开关关断阶段，可以把电感看作迫使电流持续流动的电压源。如果电流是恒定的，就不会产生电感电压，此时电感特性就像一段纯导线，一旦电流试图改变，电感两端就会产生感应电压。但是，在断续导通模式下，在一段时间间隔内，电感电流并没有电流流过，所以，平均电感电流需要更精确的计算。时，ΔI on = ΔI off = ΔI ，所以，导通阶段的电感电压与其作用时间（即导通时间）的乘积必然等于关断阶段电感电压与其作用时间的乘积。电感电压与作用时间的乘积称为伏秒积。
伏秒平衡的正负及本质
aElect的博客
12-20 467
本文主要叙述伏秒平衡的本质以及正负伏秒积的概念。
开关电源设计深入解析：频率、电感、电容、电压与电流的关系
weixin_43199439的博客
11-07 2889
通过深入分析开关电源中频率、电感、电容、电压和电流的关系，我们能够更好地理解设计过程中的重要参数。设计开关电源时，需要综合考虑开关频率、损耗、EMI、动态响应等多个因素。
共基、共射、共集三种放大电路的总结及比较
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鸟宿江边树的博客
05-02 14万+
说明：分析基本放大电路要遵循“先静态，后动态”的原则，只有 Q点合适，动态分析才有意义。直接耦合共射放大电路（B极输入，C极输出）直流工作点：阻容耦合共射放大电路（B极输入，C极输出）直流工作点：基本共射放大电路及交流小信号模型、计算 B – E间动态电阻rbe:电压放大倍数：（注意是负数，输出电阻比输入电阻乘以β，可以按反相放大器的公式来记忆）输入电阻：输出电阻：特点：共射放大电路既能放大电...
电感伏秒平衡
最新发布
06-18
### 电感伏秒平衡原理及应用 电感伏秒平衡是一种在开关电路中确保电感电流稳定的核心理论。其基本思想是，在一个完整的开关周期内，电感两端电压的积分值为零，即正向电压和反向电压的积分为对称相等[^2]。这意味着在一个周期内，电感电流的增量与减少量相等，从而实现稳态工作条件[^4]。 #### 原理分析 电感两端的电压公式可以表示为 \( V = L \cdot \frac{di}{dt} \)，其中 \( V \) 是电感两端的电压，\( L \) 是电感值，\( \frac{di}{dt} \) 是电流的变化率。根据该公式，电感上的电压乘以时间（即伏秒积）等于电感电流变化的累积效应。因此，若要保证电感电流在一个周期内的净变化为零，则必须满足以下条件： \[ V_{on} \cdot T_{on} = V_{off} \cdot T_{off} \] 这表明，在导通阶段（\( T_{on} \)）和关断阶段（\( T_{off} \)），电感两端电压的伏秒积必须相等且相反，从而实现伏秒平衡。 此外，从磁链的角度来看，电感的端电压来源于感应电动势，而感应电动势与磁链的变化直接相关。为了维持电感电流在一个开关周期内的稳定性，只需保证磁链的变化量在每个周期内为零，即实现磁链平衡[^5]。 #### 应用领域 1. **开关电源** 在DC-DC转换器中，伏秒平衡原理被广泛应用于设计稳定的开关电源电路。通过调节开关的导通时间和关断时间，确保电感两端电压在一个周期内的积分为零，从而避免电感电流的偏磁或饱和现象[^1]。 2. **电力电子变换器** 在各种电力电子变换器（如Buck、Boost、Buck-Boost等拓扑结构）中，伏秒平衡原理用于控制电感电流的波动范围，确保输出电压的稳定性。例如，在Buck变换器中，通过调整占空比来控制电感两端电压的伏秒积，从而实现输出电压的精确调节[^3]。 3. **数字电源控制** 数字电源控制系统中，伏秒平衡作为核心理论之一，用于实现对电流和电压的精确控制。通过对电感电流变化的实时监测和反馈调节，确保系统在动态负载条件下仍能保持稳定运行。 ```python # 示例：计算Buck变换器中的伏秒平衡 def calculate_volt_second_balance(Vin, D, L, fsw): # 计算导通时间 Ton = D / fsw # 计算关断时间 Toff = (1 - D) / fsw # 计算伏秒积 V_on = Vin * Ton V_off = (Vin * (1 - D) / D) * Toff return V_on, V_off # 参数设置 Vin = 12 # 输入电压 (V) D = 0.5 # 占空比 L = 1e-6 # 电感值 (H) fsw = 1e6 # 开关频率 (Hz) V_on, V_off = calculate_volt_second_balance(Vin, D, L, fsw) print(f"伏秒积(导通): {V_on:.2e} V·s") print(f"伏秒积(关断): {V_off:.2e} V·s") ``` #### 注意事项 在实际应用中，电感两端电压并非始终恒定，但由于开关电源的设计通常假设电感两端电压近似不变，因此伏秒平衡原理在工程实践中具有重要意义。然而，若电感电流发生偏磁或积累过多磁通量，则可能导致电感饱和，进而影响电路的正常工作。
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