DCDC的工作原理

1、根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類(lèi)：線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。         線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而在開(kāi)關(guān)電源中則不一樣，開(kāi)關(guān)管（在開(kāi)關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開(kāi)關(guān)管）是工作在開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開(kāi)電阻很??；關(guān)電阻很大。    開(kāi)關(guān)電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。 通過(guò)下圖，我們來(lái)簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)降壓型開(kāi)關(guān)電源的工作原理。如圖所示，電路由開(kāi)關(guān)K（實(shí)際電路中為三極

2、管或者場(chǎng)效應(yīng)管），續(xù)流二極管D，儲(chǔ)能電感L，濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)K、電感L給負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載，從地線返回，流到續(xù)流二極管D的正極，經(jīng)過(guò)二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間（即PWM脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。如果通過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)控制開(kāi)、關(guān)的時(shí)間，以保持輸出電壓不變，這

3、就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。在開(kāi)關(guān)閉合期間，電感存儲(chǔ)能量；在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲(chǔ)能電感。二極管D在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，負(fù)責(zé)給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續(xù)流二極管。  在實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應(yīng)管代替。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電流很??；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電壓很小，所以發(fā)熱功率U×I就會(huì)很小。這就是開(kāi)關(guān)電源效率高的原因。 看過(guò)完兩個(gè)關(guān)于電源的FAQ后，大家可能對(duì)電源的效率計(jì)算還不了解。在后面的FAQ中，我們將專門(mén)給大家介紹。PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理查看最近90天中添加的最新產(chǎn)品最新電子元器件資料免費(fèi)下載派睿電子TI有獎(jiǎng)問(wèn)答 - 送3D汽

4、車(chē)鼠標(biāo)IR推出采用焊前金屬的汽車(chē)級(jí)絕緣柵雙極晶體管全球電子連接器生產(chǎn)商samtec最新斷路器保護(hù)套以Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器為例，來(lái)介紹PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理。Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器在連續(xù)導(dǎo)電模式（COM）時(shí)的工作原理，可以用如圖2（a）來(lái)說(shuō)明：在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)過(guò)程將直流輸入電壓u進(jìn)行斬波，形成脈沖寬度為T(mén)on的方波（Ton為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間）。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，二極管關(guān)斷，輸入端直流電源Ui將功率傳送到負(fù)載，并使電感儲(chǔ)能（電感電流上升）；當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)9二極管導(dǎo)通續(xù)流，電感上儲(chǔ)存的能量向負(fù)載釋放（電感電流下降）。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電感電流的平均值等

5、于負(fù)載電流r。（忽略濾波電容C的ESR）。用同樣的方法可以分析Boost，BuckBccGt PWM BCDC轉(zhuǎn)換器的工作原理。下面推導(dǎo)工作在CCM模式的PWM DCDC轉(zhuǎn)換器的輸出輸人電壓轉(zhuǎn)換比1J。U；。其出發(fā)點(diǎn)是：在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，PWM DCDC轉(zhuǎn)換器一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間內(nèi)的伏秒面積平衡，即在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感承受的電壓對(duì)時(shí)間的積分為零：式中 uL電感承受的電壓；Ts開(kāi)關(guān)周期；式中 fa開(kāi)關(guān)頻率；Ton、Toff一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。占空比（Duty Cyc1e Ratio）或稱導(dǎo)通比：以CCM Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器為例，由如圖2（a）

6、可得Ui和Uo分別為Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電壓。由式（2-1），得或 (Ui-Uo)Ton=UoToff (Ui-Uo)DuTs=Uo(1-Du)Ts故得工作在COM模式的Buck PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出/輸入電壓的轉(zhuǎn)換比為Uo/Ui=Du占空比Du總是小于1的，所以Buck轉(zhuǎn)換器是一種降壓式轉(zhuǎn)換器。理想Buch轉(zhuǎn)換器的效率為1，可以認(rèn)為Ui/Ii=UoIo由式（2-2）、式（2-3）可得Io/Ii=1/DU可見(jiàn)，Buck轉(zhuǎn)換器是一種升流轉(zhuǎn)換器，Io和Ii分別表示PWM轉(zhuǎn)換器的平均輸出電流和輸入電流。用同樣的方法可以推導(dǎo)出，工作在COM模式的Boost、Buc

7、k-Boost PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出/輸入電壓的轉(zhuǎn)換比分別為Boost PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器Uo/Ui=1/（1-Du）Buck-Boost PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器Uo/Ui=Du/（1-Du）由式（2-5）、式（2-6）可知，Boost轉(zhuǎn)換器是一種升壓轉(zhuǎn)換器，可以證明，理想Boost轉(zhuǎn)換器是降流轉(zhuǎn)換器。Buck-Boost轉(zhuǎn)換器是一種升降壓轉(zhuǎn)換器，具體是升壓還是降壓，取決于占空比Du的大?。划?dāng)Du0.5時(shí)，Du/（1-Du）1，Buck Boost轉(zhuǎn)換器是升壓轉(zhuǎn)換器；當(dāng)Du0.5時(shí)，Du/（1-Du）1，則是降壓轉(zhuǎn)換器。在DCM模式下，Buck、Boost、Buck-Boos

8、t轉(zhuǎn)換器的輸出/輸入電壓的轉(zhuǎn)換比不同于式（2-2）、式（2-5）、式（2-6），可以用同樣的方法求得，但計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜。Buck、Boost、Buck Boost PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器是PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的最基本電路（Basic topo1ogica1 configuration），由這三種基本電路可以推導(dǎo)演化出其他形式的PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器電路。電感降壓式DCDC變換器：電路原理框圖如圖所示。圖 電感降壓式DCDC變換器原理框圖圖中，VIN為輸入電壓，VOUT為輸出電壓，L為儲(chǔ)能電感，VD為續(xù)流二極管，C為濾波電容，R1、R2為分壓電阻，經(jīng)分壓后產(chǎn)生誤差反饋信號(hào)FB，用以穩(wěn)定

9、輸出電壓和調(diào)輸出電壓的高低。電源開(kāi)關(guān)管V既可采用N溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET），也可采用P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)然也可用NPN型晶體管或PNP型晶體管，實(shí)際應(yīng)用中，一般采用P溝道場(chǎng)效應(yīng)管居多。降壓式DCDC變換器的基本工作原理是：V開(kāi)關(guān)管在控制電路的控制下工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，F(xiàn)IN電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)管S、D極、儲(chǔ)能電感L和電容C構(gòu)成回路，充電電流不但在C兩端建立直流電壓，而且在儲(chǔ)能電感L上產(chǎn)生左正、右負(fù)的電動(dòng)勢(shì)；開(kāi)關(guān)管截止期間，由于儲(chǔ)能電感L中的電流不能突變，所以，L通過(guò)自感產(chǎn)生右正、左負(fù)的脈沖電壓。于是，L右端正的電壓濾波電容C一續(xù)流二極管VDL左端構(gòu)成放電回路，放電電流繼續(xù)在C兩端建立直

10、流電壓，C兩端獲得的直流電壓為負(fù)載供電。因此，降壓式DCDC變換器產(chǎn)生的輸出電壓不但波紋小，雨且開(kāi)關(guān)管的反峰電壓低。工作原理： 本圖是根據(jù)實(shí)物剖析而來(lái)，電源經(jīng)D2、R1為IC1提供+12V左右的電壓，6腳輸出脈沖經(jīng)C4和變壓器耦合后驅(qū)動(dòng)Q1振蕩，當(dāng)Q1導(dǎo)通后輸出電流通過(guò)L經(jīng)C9濾波后向負(fù)載供電，當(dāng)Q1截止時(shí)，變壓器式電感B3磁能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，其極性左負(fù)右正，續(xù)流二極管D4導(dǎo)通，電流通過(guò)二極管繼續(xù)向負(fù)載供電，使負(fù)載得到平滑的直流，當(dāng)輸出電壓過(guò)低或過(guò)高時(shí)，從電阻R11、R10、R9組成的分壓電路中得到取樣電壓送到IC1 2腳與內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)電壓比較后控制Q1導(dǎo)通脈寬，從而使輸出電壓得到穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載

11、電流發(fā)生短路或超過(guò)8A時(shí)，IC1 3腳電壓的上升會(huì)控制脈寬使Q1截止，以確保Q1的安全。 C8和R7構(gòu)成振蕩時(shí)間常數(shù)，本電路的振蕩頻率為65KHz，其計(jì)算公式為下： 3845內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能 誤差放大器輸出/補(bǔ)償電壓反饋輸入電流取樣輸入振蕩電路時(shí)間常數(shù)地開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)脈沖輸出電源5V基準(zhǔn)電壓一般與振蕩器相接 附：數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管的方法：用二極管檔紅表筆接?xùn)艠OG，黑表筆接源極S，數(shù)字表顯示1，黑表筆接S不動(dòng)，將紅表筆移至漏極D，此時(shí)數(shù)字表應(yīng)顯示150-300左右的數(shù)值，將紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，此時(shí)應(yīng)有60-100的數(shù)據(jù)，然后換過(guò)來(lái)，即S接黑，D接紅，此時(shí)數(shù)據(jù)還是在150-300左右，

12、用手一邊接D，一邊碰一下柵極G或用鑷子短路DS，此時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)慢慢變?yōu)闊o(wú)窮大1，然后交換表筆，即S接紅，D接黑，數(shù)據(jù)將在500左右，此時(shí)證明該管是好的！DC/DC轉(zhuǎn)換器工作原理對(duì)于不帶高頻變壓器的非隔離式PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器中，最基本的轉(zhuǎn)換器是Buck轉(zhuǎn)換器和Boost轉(zhuǎn)換器。如圖中其他的轉(zhuǎn)換器都是由這兩種轉(zhuǎn)換 器演化派生出來(lái)的。本章前面對(duì)此已進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，這里僅給出結(jié)論。（1）Buck Boost轉(zhuǎn)換器（反相型，是指輸出電壓Uo的極性和輸入電壓Ui的極性上端與下端相反）是由Buck轉(zhuǎn)換器和Boost轉(zhuǎn)換器串聯(lián)而成的，它 將兩只開(kāi)關(guān)管合并成一只開(kāi)關(guān)管。（2）Cuk轉(zhuǎn)換器是由Boost轉(zhuǎn)

13、換器和Buck轉(zhuǎn)換器串聯(lián)而成的，它將兩只開(kāi)關(guān)管合并成一只開(kāi)關(guān)管。因此，它的輸入部分與Boost轉(zhuǎn)換器相似，雨 輸出部分與Buck轉(zhuǎn)換器相似。（3）Zeta轉(zhuǎn)換器是由Buck-Boost轉(zhuǎn)換器和Buck轉(zhuǎn)換器串聯(lián)而成的，同樣是將兩只開(kāi)關(guān)管合并成一只開(kāi)關(guān)管。它的輸入部分與Buck-Boost轉(zhuǎn)換器 相似，而輸出部分與Buck轉(zhuǎn)換器相似。（4）SEPIC轉(zhuǎn)換器是由Boost轉(zhuǎn)換器和Buck-Bocst轉(zhuǎn)換器串聯(lián)而成的，它將兩只開(kāi)關(guān)管合并成一只開(kāi)關(guān)管。它的輸入部分與Boost轉(zhuǎn)換器相似， 而輸出部分與Buck Boost轉(zhuǎn)換器相似。（5）Forward轉(zhuǎn)換器是在Buck轉(zhuǎn)換器中插人一個(gè)高頻變壓器而成的；推挽式轉(zhuǎn)換器則是由兩個(gè)Forward轉(zhuǎn)換器疊加而成的；半橋式轉(zhuǎn)換器實(shí)際上 也是由兩個(gè)Forward轉(zhuǎn)換器疊加而成的，只是輸人電壓為U2；全橋式轉(zhuǎn)換器由兩個(gè)半橋式轉(zhuǎn)換器疊加而成。因此，F(xiàn)orward轉(zhuǎn)換器、推挽式 轉(zhuǎn)換器、半橋式轉(zhuǎn)換器和全橋式轉(zhuǎn)換器都屬于Buck轉(zhuǎn)換器演化派生而來(lái)的。（6）F1yback轉(zhuǎn)換器是將Buck-Boost轉(zhuǎn)換器中的電感轉(zhuǎn)換成高頻變壓器得到的。VPT DC/DC航空電源:INTERPOINT DC/DC航空電源:通過(guò)以上的介紹可知，如圖所示的各種DC/DC轉(zhuǎn)換器主電路之間的關(guān)系，是由降壓型Buck DC/DC轉(zhuǎn)換器、升壓型Boost