對于DCDC,大家都不陌生,因為就是開關電源,當然還有AC/DC,通常的AC/DC,都是110V或者220V交流變換為直流電源,我們這裡先來讨論DCDC電源設計。
DCDC電源類型分為2種,一種是隔離性,一種是非隔離型。隔離型DCDC 的意思是輸出的GND和輸入的GND是無關系的,也成為懸浮電源。常見的DC-DC芯片大都是非隔離型的。隔離性的電源,是雙向,也叫做升壓降壓類型,非隔離型的,分為boost 和buck兩種。
首先我們來說下非隔離的DC-DC原理,這類電源又分為boost和buck,即為升壓和降壓模式。首先分析下DCDC降壓電路:
Buck 模式DCDC 結構主要由輸入電容、功率MOS管、PWM模塊、肖特基二極管、功率電感、輸出電容和輸出調節電阻構成。DCDC開關電源這種結構模式決定了它輸出噪聲比較大。
接下來我們分析下工作原理,當功率MOS(以後簡稱開關),閉合時,電源通過電感給負載供電,并将電能儲存在電感L和輸出電容中,由于電感L的自感,在開關閉合時,電流增大的比較緩慢,即輸出不能立刻達到電源的電壓值。一定時間後,開關斷開,由于電感L的自感作用(可以形象的認為電感中的電流具有慣性作用),将保持電路中的電流不變,即從左到右繼續流。電流流過負載,從地返回,流到肖特基二極管的正極,經過二極管返回電感L的左端,從而形成一個回路。通過控制PWM的占空比就可以控制輸出的電壓。
在開關閉合期間,電感儲存能量,在斷開期間釋放能量,所以電感L叫做儲能電感,二極管在開關斷開期間負責給L提供電流通路,所以二極管叫做續流二極管。當開關閉合時,電壓很小,所以發熱功率U*I就會很小,這就是開關電源高效率的原因。
通過這裡原理,我們就知道了為什麼在DCDC設計的時候,輸出一定要有大電容,二極管和電感為什麼一定要靠近IC。而且DCDC的後級濾波一定要好,因為内部有開關頻接下來講解下boost型DCDC電路:
其基本模型如上圖,經過我們對buck 電路的原理分析,對于BOOST 應該很清楚了,同樣調整PWM的占空比,可以調節輸出,當PWM占空比為50%的時候,輸出電壓為輸入電壓的2倍,基本原理如下:
開關導通時, 輸入電壓流向電感, 電感電流線性增加,電感儲能增加,電源向電感轉移電能。
開關斷開時, 電感電壓等于輸入電壓減去輸出電容的電壓, 電感電流減少,電感儲能減少, 電感儲能向負載轉移電能。
通過這樣不斷的開關實現了DCDC升壓,但是這種結構得到的電流比較小,通常在幾百毫安,而且效率不高。
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