DC-DC开关电源升/降压原理分析

电源/新能源

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描述

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:

boost电路

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:

boost电路

根据电感的基本方程:

boost电路

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:

boost电路

同样根据电感基本特性方程:

boost电路

(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:

boost电路

这里假设已知DC-DC控制器输出PWM驱动信号占空比为D,则:

boost电路

综合以上公式,BUCK型拓扑电路电压输出:

boost电路

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:

boost电路

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:

boost电路

根据电感的基本方程:

boost电路

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:

boost电路

同样根据电感基本特性方程:

boost电路

(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:

boost电路

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:

boost电路

综合以上公式,BOOST型拓扑电路电压输出:

boost电路

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<Vin,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。

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