boost/buck电源

Posted 2022-02-17 海鲜小王子

        对于DCDC，大家都不陌生，因为就是开关电源，当然还有AC/DC，通常的AC/DC，都是110V或者220V交流变换为直流电源，我们这里先来讨论DCDC电源设计。

        DCDC电源类型分为2种，一种是隔离性，一种是非隔离型。隔离型DCDC 的意思是输出的GND和输入的GND是无关系的，也成为悬浮电源。常见的DC-DC芯片大都是非隔离型的。隔离性的电源，是双向，也叫做升压降压类型，非隔离型的，分为boost 和buck两种。

        首先我们来说下非隔离的DC-DC原理，这类电源又分为boost和buck，即为升压和降压模式。首先分析下DCDC降压电路：

        Buck 模式DCDC 结构主要由输入电容、功率MOS管、PWM模块、肖特基二极管、功率电感、输出电容和输出调节电阻构成。DCDC开关电源这种结构模式决定了它输出噪声比较大。

        接下来我们分析下工作原理，当功率MOS（以后简称开关），闭合时，电源通过电感给负载供电，并将电能储存在电感L和输出电容中，由于电感L的自感，在开关闭合时，电流增大的比较缓慢，即输出不能立刻达到电源的电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以形象的认为电感中的电流具有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左到右继续流。电流流过负载，从地返回，流到肖特基二极管的正极，经过二极管返回电感L的左端，从而形成一个回路。通过控制PWM的占空比就可以控制输出的电压。

        在开关闭合期间，电感储存能量，在断开期间释放能量，所以电感L叫做储能电感，二极管在开关断开期间负责给L提供电流通路，所以二极管叫做续流二极管。当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U*I就会很小，这就是开关电源高效率的原因。

        通过这里原理，我们就知道了为什么在DCDC设计的时候，输出一定要有大电容，二极管和电感为什么一定要靠近IC。而且DCDC的后级滤波一定要好，因为内部有开关频接下来讲解下boost型DCDC电路：

        其基本模型如上图，经过我们对buck 电路的原理分析，对于BOOST 应该很清楚了，同样调整PWM的占空比，可以调节输出，当PWM占空比为50%的时候，输出电压为输入电压的2倍，基本原理如下：

        开关导通时, 输入电压流向电感, 电感电流线性增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。

        开关断开时, 电感电压等于输入电压减去输出电容的电压, 电感电流减少,电感储能减少, 电感储能向负载转移电能。

        通过这样不断的开关实现了DCDC升压，但是这种结构得到的电流比较小，通常在几百毫安，而且效率不高。