对于dcdc,大家都不陌生,因为就是开关电源,当然还有ac/dc,通常的ac/dc,都是110v或者220v交流变换为直流电源,我们这里先来讨论dcdc电源设计。 dcdc电源类型分为2种,一种是隔离性,一种是非隔离型。隔离型dcdc 的意思是输出的gnd和输入的gnd是无关系的,也成为悬浮电源。常见的dc-dc芯片大都是非隔离型的。隔离性的电源,是双向,也叫做升压降压类型,非隔离型的,分为boost 和buck两种。 首先我们来说下非隔离的dc-dc原理,这类电源又分为boost和buck,即为升压和降压模式。首先分析下dcdc降压电路:
buck 模式dcdc 结构主要由输入电容、功率mos管、pwm模块、肖特基二极管、功率电感、输出电容和输出调节电阻构成。dcdc开关电源这种结构模式决定了它输出噪声比较大。 接下来我们分析下工作原理,当功率mos(以后简称开关),闭合时,电源通过电感给负载供电,并将电能储存在电感l和输出电容中,由于电感l的自感,在开关闭合时,电流增大的比较缓慢,即输出不能立刻达到电源的电压值。一定时间后,开关断开,由于电感l的自感作用(可以形象的认为电感中的电流具有惯性作用),将保持电路中的电流不变,即从左到右继续流。电流流过负载,从地返回,流到肖特基二极管的正极,经过二极管返回电感l的左端,从而形成一个回路。通过控制pwm的占空比就可以控制输出的电压。 在开关闭合期间,电感储存能量,在断开期间释放能量,所以电感l叫做储能电感,二极管在开关断开期间负责给l提供电流通路,所以二极管叫做续流二极管。当开关闭合时,电压很小,所以发热功率u*i就会很小,这就是开关电源高效率的原因。 通过这里原理,我们就知道了为什么在dcdc设计的时候,输出一定要有大电容,二极管和电感为什么一定要靠近ic。而且dcdc的后级滤波一定要好,因为内部有开关频接下来讲解下boost型dcdc电路:
其基本模型如上图,经过我们对buck 电路的原理分析,对于boost 应该很清楚了,同样调整pwm的占空比,可以调节输出,当pwm占空比为50%的时候,输出电压为输入电压的2倍,基本原理如下: 开关导通时, 输入电压流向电感, 电感电流线性增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。 开关断开时, 电感电压等于输入电压减去输出电容的电压, 电感电流减少,电感储能减少, 电感储能向负载转移电能。 通过这样不断的开关实现了dcdc升压,但是这种结构得到的电流比较小,通常在几百毫安,而且效率不高。
一个经典电路图
boost电路即直流转换成直流的升压电路;
buck电路即直流转换成直流的降压电路。
基本元件是开关器件+电感+快恢复二极管电容等组成的两种电路拓扑方式
buck型是降压型的dc-dc,而boost是升压式的dc-dc. buck型的基本原理: 电源通过一个电感给负载供电,同时电感储存一部分能量,然后将电源断开,只由电感给负载供电.如此周期性的工作,通过调节电源接通的相对时间,来实现输出电压的调节。boost型的基本原理: 电源先给电感储能,然后,将储了能的电感,当作电源,与原来的电源串联,从而提高输出电压.如此周期性的重复。
dc—dc拓扑,其实,开关电源在现实大多上都是这几个原理,在此衍生,电能损耗,转换效率,功率因素都是再次基础上调节,控制算法等等。作为可控型电源模块,我们要的是更多的是元件的材料硬性,以及先进的控制算法,给我们所需智能产品提供稳定可靠的电源。而且,就我所知吧,半导体行业兴衰,也直接影响电源行业的发展,上游原料,下游产品嘛。
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