【电源】DC-DC开关电源升/降压原理分析

BUCK型电路只能降压，BOOST型电路可降压也可升压，这究竟是为什么呢?

1、BUCK型

BUCK型DC-DC电路拓扑如图1所示：

 

图1 BUCK型基本拓扑简化工作原理图

 

MOS管——让输入电源Vin电流有控制的流向输出Vout;电容C——储能作用，保证负载有连续的能量供给;电感L——抑制由电容充放电带来的冲击电流;二极管——开关闭合时为电感电流提供回路。

(1)当PWM驱动MOS管导通时，忽略MOS管的导通压降，此时电感两端电压保持不变为：

 

 

根据电感的基本方程：

 

 

电感电流将呈线性上升。

(2)当PWM驱动MOS管截至时，电感电流经过续流二极管D形成回路(忽略二极管压降)且电感电流不发生突变，电感两端电压也保持不变为Vout，方向相反，电感电流呈线性下降:

 

 

同样根据电感基本特性方程：

 

 

(3)由上一篇文章《DC-DC电路伏秒平衡原理》(详细可自行翻阅前文)，根据电感电压伏秒平衡定律可得：

 

 

这里假设已知DC-DC控制器输出PWM驱动信号占空比为D，则：

 

 

综合以上公式，BUCK型拓扑电路电压输出：

 

 

由于占空比D<1，则BUCK型DC-DC电路只能降压。

2、BOOST型

BOOST型DC-DC电路拓扑如图2所示：

 

图2 BOOST型基本拓扑简化工作原理图

 

MOS管——让输入电源Vin电流有控制的流向输出Vout;电容C——储能作用，保证负载有连续的能量供给;电感L——抑制由电容充放电带来的冲击电流;二极管——开关闭合时为电感电流提供回路。

(1)当PWM驱动MOS管导通时，忽略MOS管的导通压降，此时电感两端电压保持不变为：

 

 

根据电感的基本方程：

 

 

电感电流将呈线性上升。

(2)当PWM驱动MOS管截至时，电感电流经过续流二极管D形成回路(忽略二极管压降)，电感两端电压如下式，电感电流呈线性下降:

 

 

同样根据电感基本特性方程：

 

 

(3)同样由上一篇文章《DC-DC电路伏秒平衡原理》，根据电感电压伏秒平衡定律可得：

 

 

同样这里假设已知DC-DC控制器输出PWM驱动信号占空比为D，则：

 

 

综合以上公式，BOOST型拓扑电路电压输出：

 

 

当占空比D>0.5时，Vout>Vin，此时BOOST电路表现为升压;当占空比D<0.5时，Vout，此时boost电路表现为降压;<>

3、总结

(1)BUCK型电路输入输出关系：Vout=Vin*D，D<1，为降压电路

(2)BOOST型电路输入输出关系：Vout=Vin*D/(1-D)，D<0.5时，为降压电路;

D>0.5时，为升压电路。
 

　　审核编辑：汤梓红