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輸入計算

數學公式

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結果

輸出電壓
-12
伏特(反相/負值)
工作週期 D 50 %
電壓增益(Vout/Vin) -1

這是什麼

反相升降壓轉換器(Inverting Buck-Boost Converter)是一種切換式 DC-DC 電源拓撲,能輸出與輸入電壓極性相反的穩壓電壓。依據工作週期的不同,它可以將電壓幅值升高(升壓)或降低(降壓),但輸出極性始終為負。本計算器採用理想連續導通模式(CCM)的轉移函數,依輸入電壓與切換工作週期估算輸出電壓。

由開關、電感、二極體和電容組成、產生負輸出的反相降壓-升壓轉換器電路
反相降壓-升壓轉換器的基本拓樸,其輸出電壓相對於接地為負。

如何使用

輸入以伏特(V)為單位的輸入電壓 Vin,並以百分比形式(0–99%)輸入工作週期 D。工具會將百分比換算為小數,套用轉移函數後,回傳輸出電壓與電壓增益。由於此拓撲會反轉極性,計算結果為負值。

公式說明

理想 CCM 的關係式為 $$V_{out} = -\,\text{Vin (V)} \cdot \frac{D}{1-D} \qquad \text{where}\quad D = \dfrac{\text{Duty (\%)}}{100}$$,其中 D 為每個切換週期內主開關導通的時間比例。當 D = 50% 時,輸出幅值等於 Vin;低於 50% 時為降壓(幅值較小);高於 50% 時為升壓(幅值較大)。當 D 趨近 1 時,增益會急遽攀升,因此計算器會防止 D = 100% 的情況。

反相降壓-升壓轉換器的輸出電壓幅值隨佔空比變化的曲線圖
當佔空比D接近1時,負輸出電壓的幅值急劇上升。

範例計算

當 Vin = 12 V 且 D = 50%(0.5)時:$$V_{out} = -12 \times \frac{0.5}{0.5} = -12 \text{ V}$$輸出為 −12 V,幅值相同但極性相反。當 D = 75% 時,增益 = \(0.75/0.25 = 3\),因此 $$V_{out} = -12 \times 3 = -36 \text{ V}$$

常見問題

為什麼輸出是負的?反相升降壓的電感與開關配置,會讓能量以相對於共同接地反轉的極性傳遞至負載。

這對實際電路準確嗎?這是理想無損耗的 CCM 結果。實際轉換器存在開關、二極體與電感等損耗,因此真正的輸出幅值會略低一些。

哪個工作週期會得到 Vout = −Vin?D = 50%,此時 \(D/(1-D) = 1\)。

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