直流-直流(DC-DC)变换电路_BUCK&BOOST变换电路

参考:https://wenku.baidu.com/view/f105e4e23186bceb19e8bbf0.html?sxts=1557128427886

1. 直流—直流变换器通过对电力电子器件的通断控制,将直流电压断续地加到负载上,通过改变占空比改变输出电压平均值。

DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。

其中BUCK型DC-DC只能降压,降压公式:Vo=Vi*D

BOOST型DC-DC只能升压,升压公式:Vo= Vi/(1-D)

BUCK-BOOST型DC-DC,即可升压也可降压,公式:Vo=(-Vi)* D/(1-D)D为充电占空比,既MOSFET导通时间。

BUCK线路原理图如上,其中Q管/MOS作为开关管,驱动电压一般为PWM。

  当开关管驱动为高电平时,开关管导通,储能电感L被充磁,流经电感的电流线性增加,同时给电容C充电,给负载R提供能量。等效电路如图二

 

       当开关管驱动为低电平时,开关管关断,储能电感L通过续流二极管放电,电感电流线性减少,输出电压靠输出滤波电容C放电以及减小的电感电流维持,等效电路如图三

BUCK电路有三种工作方式:CCM电感电流连续工作模式, DCM电感电流不连续工作模式.

 参考https://wenku.baidu.com/view/8ef7da343a3567ec102de2bd960590c69fc3d874.html

http://m.elecfans.com/article/631318.html

2. Boost升压电路的英文名称为“theboostconverter”,或者叫“step-upconverter”,是一种开关直流升压电路,它能够将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,也称为直流—直流变换器(DC/DCConverter)。

基础原理图如上。

充电过程:

在充电过程中,开关闭合(三极管导通),等效电路图如上图所示,开关(三极管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。

放电过程

当开关断开(三极管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。如果电容量足够大,那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

  

 输出滤波电容的选择

  在开关电源中,输出电容的作用是存储能量,维持一个恒定的电压。

  Boost电路的电容选择主要是控制输出的纹波在指标规定的范围内。

  对于Boost电路,电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小。

  电容的阻抗由三部分组成,即等效串联电感(ESL),等效串联电阻(ESR)和电容值(C)。

  在电感电流连续模式中,电容的大小取决于输出电流、开关频率和期望的输出纹波。

  在MOSFET开通时,输出滤波电容提供整个负载电流。

  电感

  在开关电源中,电感的作用是存储能量。

  电感的作用是维持一个恒定的电流,或者说,是限制电感中电流的变化。

  在Boost电路中,选择合适电感量通常用来限制流过它的纹波电流。

  电感的纹波电流正比于输入电压和MOSFET开通时间,反比于电感量。电感量的大小决定了连续模式和非连续模式的工作点。

  除了电感的感量外,选择电感还应注意它最大直流或者峰值电流,和最大的工作频率。

  电感电流超过了其额定电流或者工作频率超过了其最大工作频率,都会导致电感饱和及过热。

  MOSFET

  在小功率的DC/DC变化中,PowerMOSFET是最常用的功率开关。MOSFET的成本比较低,工作频率比较高。

  设计中选取MOSFET主要考虑到它的导通损耗和开关损耗。

  要求MOSFET要有足够低的导通电阻RDS(ON)和比较低的栅极电荷Qg。

参考:https://wenku.baidu.com/view/d6762151a31614791711cc7931b765ce05087ada.html

https://wenku.baidu.com/view/67fcccc8da38376baf1faea5.html?sxts=1554971484047

3. 升降压变换电路 Buck-Boost电路

 

 

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Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式,开关管Q也为PWM控制方式。

LDO的特点:

① 非常低的输进输出电压差② 非常小的内部损耗③ 很小的温度漂移④ 很高的输出电压稳定度⑤ 很好的负载和线性调整率⑥ 很宽的工作温度范围⑦ 较宽的输进电压范围⑧ 外围电路非常简单,使用起来极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种,一是脉宽调制方式Ts不变,改变ton(通用),二是频率调制方式,ton不变,改变Ts(易产生干扰)。其具体的电路由以下几类:

(1)Buck电路——降压斩波器,其输出均匀电压 U0小于输进电压Ui,极性相同。

(2)Boost电路——升压斩波器,其输出均匀电压 U0大于输进电压Ui,极性相同。

(3)Buck-Boost电路——降压或升压斩波器,其 输出均匀电压U0大于或小于输进电压Ui,极性相反,电感传输。

(4)Cuk电路——降压或升压斩波器,其输出均匀电 压U0大于或小于输进电压Ui,极性相反,电容传输。

开关性稳压电源的效率很高,但输出纹波电压较高,噪声较大,电压调整率等性能也较差,特别是对模拟电路供电时,将产生较大的影响。

 

 

 

 

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