DC-DC的工作原理

1、根據(jù)調整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源，是指調整管工作在線性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而在開關電源中則不一樣，開關管（在開關電源中，我們一般把調整管叫做開關管）是工作在開、關兩種狀態(tài)下的：開-一電阻很??；關-電阻很大。開關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。但是由于電路工作在開關狀態(tài)，所以噪聲比較大。通過下圖,我們來簡單的說說降壓型開關電源的工作原理。如圖所示，電路由開關K（實際電路中為三極管或者場效應管），續(xù)流二極管D,儲能電感L,濾波電容C等構成.當開關閉合時，電源通過開關K、電感L給負載供電，并將部分電能

2、儲存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開關接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時間后，開關斷開，由于電感L的自感作用（可以比較形象的認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。這電流流過負載，從地線返回，流到續(xù)流二極管D的正極，經(jīng)過二極管D,返回電感L的左端，從而形成了一個回路。通過控制開關閉合跟斷開的時間（即PWM脈沖寬度調制），就可以控制輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關的時間，以保持輸出電壓不變，這就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。在開關閉合期間，電感存儲能量；在開關斷開期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲能電感。二極管D在開關斷開

3、期問，負責給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續(xù)流二極管。在實際的開關電源中，開關K由三極管或場效應管代替。當開關斷開時，電流很小；當開關閉合時，電壓很小，所以發(fā)熱功率UXI就會很小.這就是開關電源效率高的原因?？催^完兩個關于電源的FAQ后，大家可能對電源的效率計算還不了解。在后面的FAQ中，我們將專門給大家介紹.PWMDC/D岐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下載派睿電子TI有獎問答一送3D汽車鼠標IR推出采用焊前金屬的汽車級絕緣柵雙極晶體管全球電子連接器生產(chǎn)商一samtec最新斷路器保護套以BuckPWMDC/DC轉換器為例，來介紹PWMDC/DC轉換器

4、的工作原理。BuckPWMDC/DC轉換器在連續(xù)導電模式(COM)時的工作原理，可以用如圖2(a)來說明：在一個拄周期內，開關管的開關過程將直流輸入電壓u進行斬波，形成脈沖寬度為Ton的方波(Ton為開關管導通時間).當開關管導通時，二極管關斷,輸入端直流電源Ui將功率傳送到負載，并使電感儲能(電感電流上升)；當開關管關斷時9二極管導通續(xù)流，電感上儲存的能量向負載釋放(電感電流下降)。在一個開關周期內，電感電流的平均值等于負載電流r。(忽略濾波電容C的ESR)。用同樣的方法可以分析Boost,Buck-BccGtPWMBC/DC轉換器的工作原理.下面推導工作在CCM模式的PWMDC/DC轉換器

5、的輸出/輸人電壓轉換比1J0/U”其出發(fā)點是：在穩(wěn)態(tài)工作時，PWMDC/DC轉換器一個開關周期內，開關管在導通和關斷時間內的伏秒面積平衡，即在一個開關周期內電感承受的電壓對時間的積分為零：丁ui&t-0J0式中uL電感承受的電壓Ts開關周期；=丁0口十丁出式中fa開關頻率；Ton、Toff一個開關周期內，開關管的導通時間和關斷時間占空比(DutyCyc1eRatio)或稱導通比：以CCMBuckPWMDC/DC轉換器為例，由如圖2(a)可得，=071時，孫.一匕一口儲-T由二A時，丸二一UgUi和Uo分別為BuckPWMDC/DC轉換器的輸入電壓和輸出電壓.由式(21),得或(Ui-U

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

7、(1Du)BuckBoostPWMDC/DC轉換器Uo/Ui=Du/(1-Du)由式(25)、式(2-6)可知，Boost轉換器是一種升壓轉換器，可以證明，理想Boost轉換器是降流轉換器。BuckBoost轉換器是一種升降壓轉換器，具體是升壓還是降壓，取決于占空比Du的大?。划擠u>0o5時,Du/(1-Du)>1,BuckBoost轉換器是升壓轉換器；當Du<0。5時，Du/(1-Du)<1,則是降壓轉換器。在DCM模式下，Buck、Boost、Buck-Boost轉換器的輸出/輸入電壓的轉換比不同于式(22)、式(2-5)、式(26),可以用同樣的方法求得，但計算

8、過程較為復雜。Buck、Boost、BuckBoostPWMDC/DC轉換器是PWMDC/DC轉換器的最基本電路(Basictopo1ogica1configuration)，由這三種基本電路可以推導演化出其他形式的PWMDC/DC轉換器電路.電感降壓式DC/DC變換器:電路原理框圖如圖所示.，出P溝道_不VD控遍r|電路溫差反儲信號FB圖電感降壓式DC/DC變換器原理框圖圖中,VIN為輸入電壓，VOUT為輸出電壓，L為儲能電感，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FB,用以穩(wěn)定輸出電壓和調輸出電壓的高低。電源開關管V既可采用N溝道絕緣柵場效應管(MO

9、SFET),也可采用P溝道場效應管，當然也可用NPN型晶體管或PNP型晶體管，實際應用中，一般采用P溝道場效應管居多。降壓式DC/DC變換器的基本工作原理是：V開關管在控制電路的控制下工作在開關狀態(tài)。開關管導通時,FIN電壓經(jīng)開關管S、D極、儲能電感L和電容C構成回路，充電電流不但在C兩端建立直流電壓，而且在儲能電感L上產(chǎn)生左正、右負的電動勢；開關管截止期間，由于儲能電感L中的電流不能突變，所以,L通過自感產(chǎn)生右正、左負的脈沖電壓。于是，L右端正的電壓-濾波電容C一續(xù)流二極管VAL左端構成放電回路，放電電流繼續(xù)在C兩端建立直流電壓，C兩端獲得的直流電壓為負載供電。因此，降壓式DC/DC變換器產(chǎn)

10、生的輸出電壓不但波紋小，雨且開關管的反峰電壓低。工作原理：本圖是根據(jù)實物剖析而來，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和變壓器耦合后驅動Q1振蕩，當Q1導通后輸出電流通過L經(jīng)C9濾波后向負載供電，當Q1截止時，變壓器式電感B3磁能轉變?yōu)殡娔?，其極性左負右正，續(xù)流二極管D4導通，電流通過二極管繼續(xù)向負載供電，使負載得到平滑的直流，當輸出電壓過低或過高時，從電阻R11、R10、R9組成的分壓電路中得到取樣電壓送到IC12腳與內部2.5V基準電壓比較后控制Q1導通脈寬，從而使輸出電壓得到穩(wěn)定.當負載電流發(fā)生短路或超過8A時,IC13腳電壓的上升會控制脈寬使Q1截止，以確

11、保Q1的安全。C8和R7構成振蕩時間常數(shù)，本電路的振蕩頻率為65KHz，其計算公式為下：3845內部結構及引腳功能誤差放大器輸出/補償電壓反饋輸入電流取樣輸入振蕩電路時間常數(shù)地開關管驅動脈沖輸出電源5V基準電壓一般與振蕩器相接附：數(shù)字萬用表測場效應管的方法：用二極管檔紅表筆接柵極G,黑表筆接源極S,數(shù)字表顯示1,黑表筆接S不動，將紅表筆移至漏極D,此時數(shù)字表應顯示150300左右的數(shù)值，將紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,此時應有60-100的數(shù)據(jù)，然后換過來，即S接黑,D接紅，此時數(shù)據(jù)還是在150300左右，用手一邊接D,一邊碰一下柵極G或用鐐子短路DS,此時數(shù)據(jù)會慢慢變?yōu)闊o窮大1,然后交換表

12、筆，即S接紅，D接黑，數(shù)據(jù)將在500左右，此時證明該管是好的！參考鏈接：/news/2009-08/1128。htmDC/DC轉換器工作原理對于不帶高頻變壓器的非隔離式PWMDC/DC轉換器中，最基本的轉換器是Buck轉換器和Boost轉換器。如圖中其他的轉換器都是由這兩種轉換器演化派生出來的。本章前面對此已進行了較為詳細的闡述，這里僅給出結論。BuckBoost轉換器(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轉換器和Boost轉換器串聯(lián)而成的，它將兩只開關管合并成一只開關管.(2) Cuk轉換器是由Boost轉換器

13、和Buck轉換器串聯(lián)而成的，它將兩只開關管合并成一只開關管。因此，它的輸入部分與Boost轉換器相似，雨輸出部分與Buck轉換器相似。(3) Zeta轉換器是由BuckBoost轉換器和Buck轉換器串聯(lián)而成的，同樣是將兩只開關管合并成一只開關管。它的輸入部分與Buck-Boost轉換器相似，而輸出部分與Buck轉換器相似。(4) SEPIC轉換器是由Boost轉換器和BuckBocst轉換器串聯(lián)而成的，它將兩只開關管合并成一只開關管。它的輸入部分與Boost轉換器相似，而輸出部分與BuckBoost轉換器相似.(5) Forward轉換器是在Buck轉換器中插人一個高頻變壓器而成的；推挽式轉

14、換器則是由兩個Forward轉換器疊加而成的；半橋式轉換器實際上也是由兩個Forward轉換器疊加而成的，只是輸人電壓為U/2;全橋式轉換器由兩個半橋式轉換器疊加而成。因此，F(xiàn)orward轉換器、推挽式轉換器、半橋式轉換器和全橋式轉換器都屬于Buck轉換器演化派生而來的。(6) F1yback轉換器是將Buck-Boost轉換器中的電感轉換成高頻變壓器得到的VPTDC/DC航空電源:/icchannel/blog/item/2f73ca59f2f7362c2934f058。htmlINTERPOINTDC/DC航空電源:hi.b日/icchannel/blog/item/139d1d4587022020cefca369.html正激型Forward反激型Flvback一JCuk型SEPIC型Zeta型通過以上的介紹可知，如圖所示的各種DC/DC轉換器主電路之間的關系，是由降壓型BuckDC/DC