硬件基础-DC-DC

DC-DC

1.BUCK原理

开关管 VS 开通时，能量一部分储存在电感L中，一 部分供给输出；VS关断时，L通过二极管VD 为输出端提供能量。

状态一：当S1闭合时，输入的能量从电容C1，通过S1→电感器LI→电容器C2→负载RL供电，此时电感器L1同时也在储存能量，可以得到加在L1上的电压为：Vin-Vo=L*di/dton。状态二：当S2关断时，能量不再是从输入端获得，而是通过续流回路，从电感器L1存储的能量→电容C2→负载RL→二极管D1，此时可得式子：L*di/dtof=Vo，最后我们可以得出Vo/Vin=D，而Vo永远是小于Vin的，因为占空比D≤1。

各个器件的作用：

1、输入电容器（CI）用于使输入电压平稳：2、输出电容器（C2）负责使输出电压平稳：

3、续流二极管（D1）在开关开路时为电感器提供一条电流通路：

4、电感器（L1）用于存储即将传送至负载的能量。

2.BOOST

原理：当开关管导通的时候，输入的电压对电感充电，形成的回路是：输入Vi→电感L→开关管Q.

当开关管关断时，输入的能量和电感能量一起向输出提供能量，形成的回路是：输入Vi→电感L→二极管D→电容C→负载RL，因此这时候输出的电压肯定就比输入的电压高，从而实现升压。

3.BUCK-BOOST

状态一：开关管开通，二极管D反向截止，电感器储能，电流回路为：输入Vin→开关管Q一电感器L

状态二：开关管关断，二极管D正向导通续流，电流回路为：电感器L→电容C→负载RL→二极管D

输出什么时候是升压，什么时候是降压呢？我们可以根据公式Vo=Vin x? D/（1-D）中知道，当D=0.5时，Vo=Vin：当D<0.5时，Vo<Vin：当D>0.5时，Vo>Vin。

4.反激

原理：当功率开关管 S 受到脉冲触发导通时， 电压 Vs 将加在变压器 T 的初级绕组 N1 上，并将能量储存在初级绕组中，初级绕组同 名端上为正电压，次级绕组的同名端和初级绕组相反，因此次级绕组输出的电压极性 将会使得输出端的整流二极管 D 截止，通过滤波电容 C 向负载供电；

当功率开关管 S 关断时，初级绕组 N1会产生反向的电动势，次级绕组 N2 上的电压极性也会发生相应的改变，从而使输出端整流二极管 D 得到正向偏置而导通，功率开关管在导通的 时候存储于反激式高频变压器初级绕组里的能量将传递至次级，对负载端供电。

如降压-升压电路一样工作，但是电感有两个绕组，同时作为变压器和电感

输出可以为正或为负，由线圈和二极管的极性决定。

输出电压可以大于或小于输入电压，由变压器的匝数比决定。

增加次级绕组和电路可以得到多个输出。

5.正激

开关管 S 导通，二极管 VD1 导通，VD2、VD3关断。电源电压 Vin 加在变压器的原边绕组上，副边产生的感应电压为 (N2/ N1)*Vin

6.同步与非同步

区别

同步是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。

它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。

同步的优缺点

MOSFET具有较低的电压降

MOSFES的导通电阻Rdson，一般都为毫欧级别，MOSFES在导通之后的压降比较低的。

效率较高

在相同的条件下，一般的MOS管的导通电压降远远小于普通肖特基二极管的正向导通压降的， MOS管的损耗功率是远远比二极管小的 。

需要额外的控制电路

Mos管需要驱动电路的，所以说同步的需要为MOS管额外添加一个控制电路，使得上下两个MOS管能够同步，而非同步的二极管是自然整流的，所以不需要额外添加驱动控制电路，

成本比较高

由于一般相同mos管的价格比二极管高，而且mos管还需要驱动电路，驱动ic。

非同步的优缺点

在输出电流变化的情况下，二极管的电压降相当恒定

效率低

因为二极管的电压降恒定，当流过二极管的电流很大的时候

比较便宜

大家都知道的二极管的价格肯定是比MOS的价格便宜的。

可采用较高的输出电压

因为在输出电压高时，二极管的正向导通压价所占的比重就很小，对效率的影响就比较低

同步与不同步选择

效率?? 成本 ??可靠性

7.电压控制模式

反馈电压VrB对输出电压进行采样，基准电压源提供高精度的参考电压Vref。VFB和Vref的差模信号输入误差放大器进行放大，再输入PWM比较器与三角波信号VRAM进行比较，最后得到方波信号，控制开关管的导通状态，稳定输出电压。

输出电压的抗噪声能力更强，占空比调节范围更大。

采用电压控制模式的功率级会产生 LC 双重极点，增加零点进行补偿。

当输入电压发生变化时，电压反馈环路无法及时反映电感电流的变化，只能等待输出电压发生变化来调节占空比，存在 RC 补偿网络的固延时，瞬态响应较差。

8.电流控制模式

反馈电压VFB对输出电压进行采样，基准电压源提供高精度的参考电压Vref,VFB和Vref的差模信号输入误差放大器进行放大。在峰值电流控制模式中，内部电流环路通过采样电路得到电感电流的斜坡信号。当系统工作在连续导通模式下，且占空比接近或超过50%时，会出现次谐波不稳定，对电路的瞬态响应性能有严重影响，需要加入斜坡补偿。斜坡补偿信号与电感电流斜坡信号叠加后输入PWM比较器，保证系统稳定运行。

电流控制PWM的优点： （1）暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快； （2）瞬时峰值电流限流功能； （3）输出电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相媲美。

缺点：

（1）占空比大于50%的开环不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差；

（2）容易发生次谐波振荡。