所周知，升壓芯片在諸多電子電路中均有所應(yīng)用，在現(xiàn)代生活中，升壓芯片是不可或缺的器件之一。對(duì)于升壓芯片，想必大家均具備一定了解。在本文中，將主要為大家講解一下升壓芯片的原理和一些常見的升壓和降壓電路分析.

升壓與降壓一般是指電源電路的工作模式，有些電源IC可以同時(shí)支持升壓和降壓模式。

降壓模式——Bustmode，這個(gè)大家比較熟悉的，用的也比較多，比如5V-3.3V穩(wěn)壓，對(duì)應(yīng)的芯片很多大家上網(wǎng)搜一下就有了，有LDO模式和DC-DC模式的。其中LDO模式的芯片外圍電路較簡(jiǎn)單，只需在輸入和輸出端加上濾波電容即可。而DC-DC模式的芯片電路相對(duì)較復(fù)雜一點(diǎn)，但是效率較高。一般需要外接電容和電感，通過閉合開關(guān)對(duì)電感進(jìn)行充電，斷開開關(guān)之后，電感作為一個(gè)電源進(jìn)行放電，可以通過PWM的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓值，電壓值最大不會(huì)超過電源電壓。對(duì)于DC-DC降壓模式的基本電路如下圖所示：

升壓模式——Boostmode，這個(gè)也很常見，也是DC-DC的一種。當(dāng)整個(gè)電路只使用單個(gè)電源(比如3.7V鋰電池)供電時(shí)，可以通過降壓輸出3.3V、1.6V等較低電壓給IC供電，有時(shí)候電路中需要更高的電壓，比如一些移動(dòng)設(shè)備的屏幕就需要較高電壓驅(qū)動(dòng)，比如12V，在移動(dòng)設(shè)備中再增加一個(gè)12的獨(dú)立電源不太現(xiàn)實(shí)，而且鋰電池一般都是3.7V(充滿電為4.2V)，這個(gè)時(shí)候就需要使用到升壓電路了，這個(gè)也有對(duì)應(yīng)的IC，一般要配合電感、電容實(shí)現(xiàn)升壓和降壓模式中DC-DC的連接方式不一樣。通過閉合開關(guān)給電感充能，斷開開關(guān)則電感的電動(dòng)勢(shì)和電源串聯(lián)，提高電壓。可以通過PWM的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓，當(dāng)占空比為50%時(shí)，輸出電壓為輸入電壓的2倍。升壓的基本電路如下圖所示：

升壓降壓芯片電路

做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)常常會(huì)遇到只有一種電壓的電源卻需要另一種電壓的電源的情況，于是就有了電壓轉(zhuǎn)化的需求，除去buck-boost電路，也有很多常用的芯片可以供大家轉(zhuǎn)換電壓。

12轉(zhuǎn)5v時(shí)常用7805，轉(zhuǎn)-5v時(shí)候會(huì)用7905。有關(guān)電路可以直接搜索芯片的datasheet查看，也可以看下面的截圖。

DC/DC電源指的是直流轉(zhuǎn)直流的電路，有升壓降壓兩種電路，按理來說，LDO也是DCDC電源，但行業(yè)內(nèi)只認(rèn)為以開關(guān)形式實(shí)現(xiàn)的電源為DC/DC電源。

一，DC/DC基本拓?fù)?

Buck、Boost型

電感電壓伏秒平衡定律

一個(gè)功率變換器，當(dāng)輸入、負(fù)載和控制均為固定值時(shí)的工作狀態(tài)，在開關(guān)電源中，被稱為穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)下，功率變換器中的電感滿足電感電壓伏秒平衡定律：對(duì)于已工作在穩(wěn)態(tài)的DC/DC功率變換器，有源開關(guān)導(dǎo)通時(shí)加在功率電感上的正向伏秒一定等于有源開關(guān)截至?xí)r加在該電感上的反向伏秒。

1. BUCK降壓型

BUCK電路原理和信號(hào)轉(zhuǎn)變過程

當(dāng)PWM驅(qū)動(dòng)高電平使得NMOS管S1導(dǎo)通，忽略MOS管的導(dǎo)通壓降，電感電流呈線性上升，此時(shí)電感正向伏秒為：V*Ton=(Vin-Vo)*Ton

當(dāng)PWM驅(qū)動(dòng)低電平使得NMOS管S1截至?xí)r，電感電流不能突變，經(jīng)過續(xù)流二極管形成回路(忽略二極管壓降)，給輸出負(fù)載供電，此時(shí)電感電流下降，此時(shí)電感反向伏秒為：V*Toff=Vo*(Ts-Ton)

根據(jù)電感電壓伏秒平衡定律可得：(Vin-Vo)*Ton=Vo*(Ts-Ton)

即 Vo=D*Vin (D為占空比)

2.BOOST升壓型

和BUCK電路類似的分析方法，當(dāng)MOS管導(dǎo)通時(shí)，電感的正向伏秒為：Vin*Ton;當(dāng)MOS管截至?xí)r，電感的反向伏秒為：(Vo- Vin)*(Ts-Ton)

根據(jù)電感電壓伏秒平衡定律可得：Vin*Ton=(Vo- Vin)*(Ts-Ton)

即 Vo=Vin/(1-D)

仿真Vout升壓過程

3.同步整流技術(shù)

由于二極管導(dǎo)通時(shí)至少存在0.3V的壓降，因此續(xù)流二極管D所消耗的功率將會(huì)稱為DC/DC電源主要功耗，從而嚴(yán)重限制了效率的提高。為解決該問題，以導(dǎo)通電阻極小的MOS管取代續(xù)流二極管。然后通過控制器同時(shí)控制開關(guān)管和同步整流管，要保證兩個(gè)MOS管不能同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)責(zé)將會(huì)發(fā)生短路。

二、DC/DC電源調(diào)制方式

DC/DC電源屬于斬波類型，即按照一定的調(diào)制方式，不斷地導(dǎo)通和關(guān)斷高速開關(guān)，通過控制開關(guān)通斷的占空比，可以實(shí)現(xiàn)直流電源電平的轉(zhuǎn)換。DC/DC電源的調(diào)制方式有三種：PWM方式、PFM方式、PWM與PFM的混合方式。

1.PWM(脈沖寬度調(diào)制)

PWM采用恒定的開關(guān)頻率，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度(占空比)的方法來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電源電壓的輸出。在PWM調(diào)制方式下，開關(guān)頻率恒定，即不存在長(zhǎng)時(shí)間被關(guān)斷的情況。

優(yōu)點(diǎn)：噪聲低、效率高，對(duì)負(fù)載的變化響應(yīng)速度快，且支持連續(xù)供電的工作模式。

缺點(diǎn)：輕負(fù)載時(shí)效率較低，且電路工作不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)上需要提供假負(fù)載。

2.PFM(脈沖頻率調(diào)制)

PFM通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電源電壓的輸出。PFM工作時(shí)，在輸出電壓超過上閾值電壓后，其輸出將關(guān)斷，直到輸出電壓跌落到低于下閾值電壓時(shí)，才重新開始工作。

優(yōu)點(diǎn)：功耗較低，輕負(fù)載時(shí)，效率高且無需提供假負(fù)載。

缺點(diǎn)：對(duì)負(fù)載變化響應(yīng)較慢，輸出電壓的噪聲和紋波相對(duì)較大，不適合工作于連續(xù)供電方式。

三、DC/DC芯片的內(nèi)部構(gòu)造

接下來我們來看看DC/DC電源芯片內(nèi)部的單元模塊，并且給大家看看基本拓?fù)渑c電源芯片的聯(lián)系。

一款電源背光IC的內(nèi)部原理框圖

1.Vref&Error Amp基準(zhǔn)電壓與誤差放大器

誤差放大器的作用就是將反饋電壓(FB引腳電壓)與基準(zhǔn)電壓(200mv)的差值進(jìn)行放大，然后再用該信號(hào)去控制PWM輸出信號(hào)的占空比。

2.Thermal Shutdown 溫度保護(hù)：當(dāng)溫度高于限定值，芯片停止工作。

3.soft start軟啟動(dòng)電路：用于電源啟動(dòng)時(shí)，減小浪涌電流，使輸出電壓緩慢上升，減小對(duì)輸入電源的影響。

四、DC/DC電路的硬件設(shè)計(jì)參數(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)

1.設(shè)置輸出電壓：先選擇合適的R2,R2過小會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)電流過大，從而導(dǎo)致加大損耗;R2太大會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)電流過小，而導(dǎo)致FB引腳的反饋電壓對(duì)噪聲敏感，一般在數(shù)據(jù)手冊(cè)中有推薦值范圍參考。選定R2，根據(jù)輸出電壓計(jì)算R1的值，R1=((Vout-Vref)/Vref)*R2。電壓選定以后，開關(guān)電源會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)占比總，取得我們想要的電壓。

2.電感：電感的選擇要滿足直到輸出最小規(guī)定電流時(shí)，電感電流也保持連續(xù)。在電感選取過程中需要綜合輸出電流、紋波、體積等多個(gè)因素進(jìn)行考慮。較大的電感將導(dǎo)致較小的紋波電流，從而導(dǎo)致較低的紋波電壓，但是電感越大，將具有更大的物理占用面積，更高的串聯(lián)電阻和更低的飽和電流。電感感值越小，開關(guān)電源PWM信號(hào)的頻率就越高，一般開關(guān)電源很少有好過10MHz的開關(guān)頻率，大部分在100K~1MHz之間，所需要的功率電感值在2.2uH~22uH之間。

3.輸出電容：輸出電容的選擇主要是根據(jù)設(shè)計(jì)中所需要的輸出紋波的要求來進(jìn)行選取。電容產(chǎn)生的紋波:相對(duì)很小，可以忽略不計(jì);電容等效電感產(chǎn)生的紋波:在300KHz~500KHz以下，可以忽略不計(jì);電容等效電阻產(chǎn)生的紋波：與ESR和流過電容電流成正比，該電流紋波主要是和開關(guān)管的開關(guān)頻率有關(guān)，基本為開關(guān)頻率的n次諧波，為了減少紋波，讓ESR盡量小。需要在開關(guān)電源輸出端增加pF級(jí)電容，減少百兆級(jí)噪聲的干擾。

boost升壓斬波的原理圖啦，現(xiàn)在講講它的工作原理，(學(xué)過電力電子的朋友請(qǐng)?zhí)^哦，都是那點(diǎn)東西，沒啥好說的，哈哈哈哈哈)

原理：三極管導(dǎo)通時(shí)Vin(也就是電池)給電感L充電，也就是儲(chǔ)能哈，這個(gè)時(shí)候注意電感上的電流是向右流的哦，這個(gè)很關(guān)鍵，學(xué)過電路的小伙伴應(yīng)該都知道電感和電容有儲(chǔ)能的能力，因?yàn)檫@是第一個(gè)周期，電容是沒有電的哦。

在三極管截止時(shí)，因?yàn)殡姼猩系碾娏魇遣粫?huì)突變的啦，所以還是從左向右流，而且電池也是這個(gè)方向呀，所以所以，它兩看著像個(gè)啥，這不就變成兩電池串聯(lián)了嘛，這樣電壓不就比一個(gè)電池高了?這樣就可以給負(fù)載供電了呀。

接下來三極管再次導(dǎo)通，剛剛被掏空的電感這下又要電池去給它充電，那那那負(fù)載不就斷開啦?那可沒有，還有電容老哥苦苦撐著的嘛，只要電容老哥夠大，還有剛剛給它的能量足夠多，它就能撐住這一刻的電壓，而且這個(gè)時(shí)候因?yàn)橛卸O管的存在，兩邊是基本不影響的哦。

就這樣一直循環(huán)循環(huán)下去，就能輸出這個(gè)電壓呀。

當(dāng)然啦，原理是這個(gè)，但實(shí)際電路中都不用一般的三極管呀，畢竟普通的三極管還是需要外界提供給它一個(gè)開斷信號(hào)的嘛，而且還需要一些反饋信號(hào)之類的作為平衡輸出電壓的源頭，所以我們要挑選一顆集成的芯片啦，反正普通的芯片供電對(duì)其功率要求又不高，能有一兩瓦都謝天謝地啦，挑去挑來就這個(gè)吧，南京微盟的ME2188C50M5G(立創(chuàng)商城編號(hào)：C236768)，支持國產(chǎn)嘛，當(dāng)然，小伙伴們也可以用其他的啦，大同小異。