升降壓電路原理分析

1、BUCK BOOST電路原理分析電源網(wǎng)訊Buck變換器：也稱降壓式變換器，是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。圖中，Q為開關(guān)管，其驅(qū)動(dòng)電壓一般為PWM(Pulse width modulation脈寬調(diào)制)信號(hào)，信號(hào)周期為Ts，則信號(hào)頻率為f=1/Ts，導(dǎo)通時(shí)間為Ton，關(guān)斷時(shí)間為Toff，則周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。Boost變換器：也稱升壓式變換器，是一種輸出電壓高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。開關(guān)管Q也為PWM控制方式，但最大占空比Dy必須限制，不允許在Dy=1的狀態(tài)下工作。電感Lf在輸入側(cè)，稱為升壓電感。Boost變換器也有CCM和DCM

2、兩種工作方式Buck/Boost變換器：也稱升降壓式變換器，是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器，但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。Buck/Boost變換器可看做是Buck變換器和Boost變換器串聯(lián)而成，合并了開關(guān)管。Buck/Boost變換器也有CCM和DCM兩種工作方式，開關(guān)管Q也為PWM控制方式。LDO的特點(diǎn)： 非常低的輸入輸出電壓差 非常小的內(nèi)部損耗 很小的溫度漂移 很高的輸出電壓穩(wěn)定度 很好的負(fù)載和線性調(diào)整率 很寬的工作溫度范圍 較寬的輸入電壓范圍 外圍電路非常簡(jiǎn)單，使用起來極為方便DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波

3、器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類： （1）Buck電路降壓斬波器，其輸出平均電壓 U0小于輸入電壓Ui，極性相同。（2）Boost電路升壓斬波器，其輸出平均電壓 U0大于輸入電壓Ui，極性相同。（3）BuckBoost電路降壓或升壓斬波器，其 輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。（4）Cuk電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電 壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電容傳輸。DC-DC分為BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三類DC-DC。其中BUCK型

4、DC-DC只能降壓，降壓公式：Vo=Vi*DBOOST型DC-DC只能升壓，升壓公式：Vo= Vi/(1-D)BUCK-BOOST型DC-DC，即可升壓也可降壓，公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D）D為充電占空比，既MOSFET導(dǎo)通時(shí)間。0D1。開關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調(diào)整率等性能也較差，特別是對(duì)模擬電路供電時(shí)，將產(chǎn)生較大的影響。因開關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比，通常輸出計(jì)算公式為： Is=KIf 式中：Is開關(guān)電源的額定輸出電流； If用電設(shè)

5、備的最大吸收電流； K裕量系數(shù)，一般取1.51.8；電容式開關(guān)電源它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負(fù)電壓。其內(nèi)部的FET開關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數(shù)(0.5,2或3)倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。這種特別的調(diào)制過程可以保證高達(dá)80的效率，而且只需外接陶瓷電容。由于電路是開關(guān)工作的，電荷泵結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的輸出紋波和EMI(電磁干擾)首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。將555 電路產(chǎn)生的振蕩脈沖，通過二極管整流電路整流后向電容充電，使電容充電至電源電壓，將這樣的整流一充電電路逐級(jí)連接，就可以得到2 倍、3 倍、

6、4 倍甚至多倍于電源電壓的升壓電路。下面介紹由555 電路組成的2 倍壓、3 倍壓和4 倍壓升壓電路，電路組成如圖2-42 所示。 電路工作原理分析 在圖2-42 中，圖(a) 是一個(gè)2 倍壓升壓電路。這個(gè)電路中，電容和二極管的數(shù)量與上一例介紹過的負(fù)電源變換電路一樣，但二極管和電容的連接位置以及它們的連接方式均和上一例不同，它們的工作原理和最終輸出電壓也都是不同的。本例電路稱為倍壓整流電路.電路工作過程:在圖2-42 (a) 中，接通電源后，電源首先通過VDl 向C4 充電，使c4兩端電壓接近電源電壓。當(dāng)NE555 的腳輸出脈沖的上升沿時(shí)，再次向C4 充電。根據(jù)水漲船高的原理，使C4 正極對(duì)地

7、電壓達(dá)到:電源電壓+脈沖峰值電壓。隨即這一電壓通過VD2向C5 充電，使C5 正極對(duì)地電壓達(dá)到C4 的電壓，即等于電源電壓的2 倍。當(dāng)脈沖下降沿到來時(shí)，電源再次通過VDl 向C4 充電，重復(fù)上述過程。圖2-42 (b) 所示是一個(gè)3 倍壓升壓電路。由圖可見，該電路的升壓電路是由3 組二極管一電容電路組成的，如果與圖2-42 (a) 來對(duì)照其連接方式就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這一電路所加的元器件，按其位置對(duì)比是VDl 和c4。在該電路中， 3 組二極管電容電路的每-級(jí)均能將前一級(jí)輸出電壓提高一個(gè)電源電壓值， 3 組這樣的電路可將輸出電壓提高到電源電壓的3 倍。圖2-42 (c)所示是一個(gè)由555 電路組成的4

8、倍壓升壓電路，該電路由4 組二極管一電容電路組成，最終可將輸出電壓提高到電源電壓的4 倍。俺試著分析一下原理算是拋磚引玉吧： 1。在開始時(shí)刻，C1、L1都處于初始狀態(tài)，Q1導(dǎo)通，導(dǎo)致Q2導(dǎo)通，此時(shí)Q2集電極電流應(yīng)該為： Ic2=B2*Ib2=B2*B1*Ib1B2*B1*(Vcc-Vt1)/R1B1、B2分別為電流放大倍數(shù) 2。由于L1的存在，Ic2不能突變，因此，Q2進(jìn)入飽和，C1上充電，L1電流持續(xù)上升： dI/dt=VL1/L1=(Vcc-Vsat2)/L1 3.當(dāng)L1上電流上升變慢，甚至無法上升時(shí)，Q2集電極電位抬高，VL1=0， 4。由于C1上充電的影響，導(dǎo)致Q1基極被抬高，Q1、Q

9、2被關(guān)斷； 5。Q2被關(guān)斷后，L1上電流只有通過LED泄放，Q2集電極被抬高到LED導(dǎo)通電壓，導(dǎo)致Q1基極被更加抬高； 6。C1電容通過R1放電，要一直放到Q1基極電壓低于(Vcc-Vt1)，Q1重新導(dǎo)通，總放電電量為： 放電初始基極電壓(Vcc-Vsat2+Vled),放電終止基極電壓（Vcc-Vt1)， Qc=C1*(Vcc-Vsat2+Vled)-(Vcc-Vt1)=C1*(Vled+Vt1-Vsat2) 7。Q1導(dǎo)通后，Q2重新導(dǎo)通，Q2集電極電位又被重新拉低，L1上電流開始增加，C1重新充電，回到第二步。27樓只是純粹的理論分析，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還有幾個(gè)陷阱要注意： 首先，是Q1、Q2的關(guān)

10、斷條件。Q1、Q2的關(guān)斷條件是L1上的感生電壓足夠小，導(dǎo)致Q2集電極電位抬升。L1上的感生電勢(shì)又是由流經(jīng)的電流變化率決定的，因此，理論分析假設(shè)是當(dāng)Q2集電極電流達(dá)到Q1基極電流與兩個(gè)三極管的放大倍數(shù)乘積時(shí)，Q1、Q2關(guān)斷。但實(shí)際情況并不見得如此，有另外兩個(gè)因素也可能導(dǎo)致L1上電壓降低：其一，L1磁通飽和，也就是L1上電流超過其額定電流時(shí)，L1上磁通不再增加，導(dǎo)致感生電勢(shì)為零；其二，電池內(nèi)阻，也就是當(dāng)輸出電流比較大時(shí)，電池輸出電壓降低，也可能導(dǎo)致L1上電流不再增加，L1感生電勢(shì)為零。因此，電感的選擇很重要，一定要保證足夠的額定電流容量；R1和Q1Q2的選擇也很重要，應(yīng)該保證L1上電流達(dá)到最大時(shí)，電池電壓不至于明顯降低； 其次，是L1和C1參數(shù)的選擇。如果在電感上的電流通過LED放電還沒有達(dá)到零時(shí)，Q1Q2恢復(fù)導(dǎo)通，那么L1上電流將隨著開關(guān)次數(shù)的增加迅速增大，直到發(fā)生磁飽和。因此，C1R1上的延遲，一定要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L1上電流通過LED泄放完全的時(shí)間。L1上電流泄放時(shí)間可以按如下方式推斷： 假設(shè)其峰值電流為Im，則電感儲(chǔ)能為： El1=L1*Im*2/2 LED平均電流假設(shè)為Im/2，則所需放電時(shí)間為： TLED=EL1/(Im*VLED/2)=L1*Im/VLED 所以，R1C