出品 ?21ic論壇? 火星國(guó)務(wù)卿

網(wǎng)站：bbs.21ic.com

主要介紹以下3種類型：

升壓電路，降壓電路，升降壓電路

先來說一下

DC/DC變換器一般都包括兩種基本工作模式：電感電流連續(xù)模式(CCM)、電感電流斷續(xù)模式(DCM)。簡(jiǎn)單來說開關(guān)器件在負(fù)載電流較大的時(shí)都是工作CCM模式，但當(dāng)隨著負(fù)載電流下降，如果電感負(fù)載電流進(jìn)一步減小，電感將進(jìn)入DCM工作模式。

下面對(duì)兩種電感模式下的升壓，降壓信號(hào)波形：

CCM：

DCM:

下面我將就CCM模式下 對(duì)三種變換電路類型進(jìn)行原理分析，DCM模式下，原理類似在此就不重復(fù)講解：

降壓轉(zhuǎn)換電路

BUCK?變換器，也稱為降壓變換器，輸出電壓小于輸入電壓的降壓型直流變換器。

輸入電壓VIN到輸出電壓VO的轉(zhuǎn)換，該電路主要的電子元器件包括開關(guān)Q1?，二極管D1，以及儲(chǔ)能電感L1，濾波電容C1，負(fù)載RL組成。Q1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為PWM脈沖信號(hào)。原理圖如下：

在CCM工作模式下：

PWM在Q1GATE端輸入脈沖信號(hào)，當(dāng)PWM輸入高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，由于Q1的RDSON很小，所以可以忽略掉Q1的導(dǎo)通電壓，電流從電感中流過，形成回路如下圖所示，電感中的電流線性增加，加在電感兩端的電壓為VIN-VO,那么在TON時(shí)間內(nèi),TON為PWM輸入為高電平的時(shí)間，也就是開關(guān)管Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)的的時(shí)間內(nèi)，電感增加磁通量就為(VIN-VO)*TON

電感為儲(chǔ)能元器件，既能儲(chǔ)存能量，又能釋放能量。

PWM脈沖信號(hào)在Q1GATE端輸入低電平時(shí)，開關(guān)管Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，由于電感是儲(chǔ)能元期間通過它的電流不能突然發(fā)生變化，這個(gè)時(shí)候L1釋放的電流，電流具有連續(xù)性，形成如下圖的回路，電感減少的磁通量為VO*Toff，這里的Toff為PWM輸入為低電平的時(shí)間，也就是開關(guān)管Q1處于截止?fàn)顟B(tài)的的時(shí)間。

當(dāng)開關(guān)Q1與開關(guān)Q1閉合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，(VIN-VO)*TON=VO*Toff? ?Vo = Vin×( Ton /(Ton + Toff) )?，占空比＜1，所以輸出電壓低于低于輸入電壓，這樣就實(shí)現(xiàn)了降壓的目的。

D=TON/(TON+Toff),D為PWM脈沖信號(hào)輸入的占空比。

升壓轉(zhuǎn)換器

BOOST變換器，也稱升壓變換器，是一種輸出電壓高于輸入電壓的直流變換器。原理圖如下：

在CCM工作模式下：

PWM在Q1 GATE端輸入脈沖信號(hào)，當(dāng)PWM輸入高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，輸入電壓加到電感上， 形成如下圖的回路，電感的電流線性增加，電感增加的磁通量為 VIN*TON, 電感中儲(chǔ)存了能量， TON 為 PWM 脈沖信號(hào)輸入高電平，也就是開關(guān)管 Q1 導(dǎo)通的時(shí)間。

當(dāng)PWM在Q1 GATE端輸入低電平時(shí)，開關(guān)管Q1處于斷開狀態(tài)，由于電感L1為儲(chǔ)能元器件，電感輸出電流輸出電流具有連續(xù)性，輸入電壓VIN疊加上儲(chǔ)能元器件電感上的感應(yīng)電壓，經(jīng)過二極管給負(fù)載提供電壓，形成如下回路，這里的二極管有一個(gè)作用，就是防止開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，被充電的電容器通過開關(guān)管Q1對(duì)地放電，這樣其實(shí)就達(dá)到了升壓的目的，由此當(dāng)開關(guān)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，推導(dǎo)出如下公式，Vin×Ton=(Vo-Vin)×Toff由于占空比D＜1，所以Vin＜Vo，這里的二極管電壓我們忽略不計(jì)了，此公式也就此驗(yàn)證了電路實(shí)現(xiàn)了升壓的功能。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

BUCK/BOOST變換器，也稱升降壓變換器，輸入電壓既能高出輸出電壓，又能低于輸出電壓，但是輸出電壓的極性是與輸入電壓相反的這點(diǎn)在驅(qū)動(dòng)單向?qū)ǖ脑骷?，比如LED時(shí)，特別需要注意，以免出現(xiàn)負(fù)載不能正常工作的情況。降壓升壓轉(zhuǎn)換器說到底其實(shí)就是將升壓轉(zhuǎn)化器和降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了合并操作。工作原理其實(shí)都是一樣的。原理圖如下：

在CCM工作模式下：

PWM在Q1 GATE端輸入脈沖信號(hào)，當(dāng)PWM輸入高電平時(shí)，Q1導(dǎo)通，輸入電壓加到電感上，

形成如下圖的回路，電感的電流線性增加，進(jìn)行儲(chǔ)能，電感增加的磁通量為Vin×Ton。

當(dāng)PWM在Q1 GATE端輸入低電平時(shí)，開關(guān)管Q1處于斷開狀態(tài)，由于電感L1為儲(chǔ)能元器件，電感輸出電流輸出電流具有連續(xù)性，電感通過以下回路給負(fù)載供電。

可以看到，輸出的電動(dòng)勢(shì)是與輸入的電動(dòng)勢(shì)相反的，所以電感減少的磁通量為-Vo×(T - Ton)。

達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，Vin×Ton =??-Vo×(T - Ton)，Vo= Vin×( Ton / (Ton - T) ) = -Vin×( D / (1-D) )。由此公式我們也可以看出，在一定的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)PWM輸入脈沖信號(hào)的高電平所占比例大于低電平所占比例時(shí)，輸入電壓是大于輸出電壓的，也就是屬于降壓過程，當(dāng)當(dāng)PWM輸入脈沖信號(hào)的高電平所占比例小于低電平所占比例時(shí)，輸入電壓是小于于輸出電壓的，也就是屬于升壓過程。

當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時(shí)，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器以降壓模式工作；輸入電壓小于輸出電壓時(shí)，在升壓模式下工作。當(dāng)轉(zhuǎn)換器在輸入電壓處于輸出電壓范圍內(nèi)的傳輸區(qū)域中工作時(shí)，處理這些情況有兩個(gè)概念：或是降壓和升壓級(jí)同時(shí)有效，或是開關(guān)循環(huán)在降壓和升壓級(jí)之間交替，每個(gè)通常以正常開關(guān)頻率的一半運(yùn)行。

本文系21ic論壇網(wǎng)友火星國(guó)務(wù)卿原創(chuàng)

---