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[導(dǎo)讀]本文主要介紹以下3種類型:升壓電路,降壓電路,升降壓電路。

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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)。簡單來說開關(guān)器件在負載電流較大的時都是工作CCM模式,但當(dāng)隨著負載電流下降,如果電感負載電流進一步減小,電感將進入DCM工作模式。

下面對兩種電感模式下的升壓,降壓信號波形:

CCM:
工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介
DCM:
工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

下面我將就CCM模式下 對三種變換電路類型進行原理分析,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,以及儲能電感L1,濾波電容C1,負載RL組成。Q1的驅(qū)動信號為PWM脈沖信號。原理圖如下:
工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

在CCM工作模式下:
PWM在Q1GATE端輸入脈沖信號,當(dāng)PWM輸入高電平時,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時間內(nèi),TON為PWM輸入為高電平的時間,也就是開關(guān)管Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)的的時間內(nèi),電感增加磁通量就為(VIN-VO)*TON
電感為儲能元器件,既能儲存能量,又能釋放能量。


工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

PWM脈沖信號在Q1GATE端輸入低電平時,開關(guān)管Q1處于截止?fàn)顟B(tài),由于電感是儲能元期間通過它的電流不能突然發(fā)生變化,這個時候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輸入為低電平的時間,也就是開關(guān)管Q1處于截止?fàn)顟B(tài)的的時間。
工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

當(dāng)開關(guān)Q1與開關(guān)Q1閉合達到動態(tài)平衡時,(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,這樣就實現(xiàn)了降壓的目的。
D=TON/(TON+Toff),D為PWM脈沖信號輸入的占空比。

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:

工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

在CCM工作模式下:
PWM在Q1 GATE端輸入脈沖信號,當(dāng)PWM輸入高電平時,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, 電感中儲存了能量, TON PWM 脈沖信號輸入高電平,也就是開關(guān)管 Q1 導(dǎo)通的時間。

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當(dāng)PWM在Q1 GATE端輸入低電平時,開關(guān)管Q1處于斷開狀態(tài),由于電感L1為儲能元器件,電感輸出電流輸出電流具有連續(xù)性,輸入電壓VIN疊加上儲能元器件電感上的感應(yīng)電壓,經(jīng)過二極管給負載提供電壓,形成如下回路,這里的二極管有一個作用,就是防止開關(guān)管Q1導(dǎo)通時,被充電的電容器通過開關(guān)管Q1對地放電,這樣其實就達到了升壓的目的,由此當(dāng)開關(guān)達到動態(tài)平衡時,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了,此公式也就此驗證了電路實現(xiàn)了升壓的功能。

工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

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在驅(qū)動單向?qū)ǖ脑骷热鏛ED時,特別需要注意,以免出現(xiàn)負載不能正常工作的情況。降壓升壓轉(zhuǎn)換器說到底其實就是將升壓轉(zhuǎn)化器和降壓轉(zhuǎn)換器進行了合并操作。工作原理其實都是一樣的。原理圖如下:

工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

在CCM工作模式下:
PWM在Q1 GATE端輸入脈沖信號,當(dāng)PWM輸入高電平時,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,進行儲能,電感增加的磁通量為Vin×Ton。

工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

當(dāng)PWM在Q1 GATE端輸入低電平時,開關(guān)管Q1處于斷開狀態(tài),由于電感L1為儲能元器件,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載供電。
可以看到,輸出的電動勢是與輸入的電動勢相反的,所以電感減少的磁通量為-Vo×(T - Ton)。

工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

達到動態(tài)平衡時,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,在一定的時間內(nèi),當(dāng)PWM輸入脈沖信號的高電平所占比例大于低電平所占比例時,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輸入脈沖信號的高電平所占比例小于低電平所占比例時,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,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,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,處理這些情況有兩個概念:或是降壓和升壓級同時有效,或是開關(guān)循環(huán)在降壓和升壓級之間交替,每個通常以正常開關(guān)頻率的一半運行。

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工程師談電路:DC-DC變換器電路原理簡介

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