DC电源的基本拓扑和调制方式.docx

第 第 PAGE 1 页 共 NUMPAGES 1 页 Buck、Boost电路原理详解 DC/DC电源的基本拓扑和调制方式 （DC/DC）（电源）指的是直流转直流的电路，有升压降压两种电路，按理来说，（LDO）也是（DC）DC电源，但行业内只认为以开关形式实现的电源为DC/DC电源。  一，DC/DC基本拓扑  Buck、Boost型  电感电压伏秒平衡定律  一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在（开关电源）中，被称为稳态。稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在（功率电感）上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。  1. BUCK降压型  先来看一下原理图    BUCK（电路原理）和（信号）转变过程  当PWM驱动高电平使得NMOS管S1导通，忽略MOS管的导通压降，电感（电流）呈线性上升，此时电感正向伏秒为：V*Ton=(Vin-Vo)*Ton  当PWM驱动低电平使得NMOS管S1截至时，电感电流不能突变，经过续流（二极管）形成回路(忽略二极管压降)，给输出负载（供电），此时电感电流下降，此时电感反向伏秒为：V*Toff=Vo*(Ts-Ton)  根据电感电压伏秒平衡定律可得：(Vin-Vo)*Ton=Vo*(Ts-Ton)  即 Vo=D*Vin (D为占空比)  2.BOOST升压型   和BUCK电路类似的分析方法，当MOS管导通时，电感的正向伏秒为：Vin*Ton；当MOS管截至时，电感的反向伏秒为：(Vo- Vin)*(Ts-Ton)  根据电感电压伏秒平衡定律可得：Vin*Ton=(Vo- Vin)*(Ts-Ton)  即 Vo=Vin/(1-D)  （matlab）（仿真）图：   matlab仿真图   仿真Vout升压过程  3.（同步整流）技术  由于二极管导通时至少存在0.3V的压降，因此续流二极管D所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗，从而严重限制了效率的提高。为解决该问题，以导通电阻极小的MOS管取代续流二极管。然后通过（控制器）同时控制开关管和同步整流管，要保证两个MOS管不能同时导通，负责将会发生短路。   二、DC/DC电源调制方式  DC/DC电源属于斩波类型，即按照一定的调制方式，不断地导通和关断高速开关，通过控制开关通断的占空比，可以实现直流电源电平的转换。DC/DC电源的调制方式有三种：PWM方式、PFM方式、PWM与PFM的混合方式。  1.PWM(脉冲宽度调制)  PWM采用恒定的开关频率，通过调节脉冲宽度(占空比)的方法来实现稳定电源电压的输出。在PWM调制方式下，开关频率恒定，即不存在长时间被关断的情况。  优点：噪声低、效率高，对负载的变化响应速度快，且支持连续供电的工作模式。  缺点：轻负载时效率较低，且电路工作不稳定，在设计上需要提供假负载。  2.PFM(脉冲频率调制)  PFM通过调节开关频率以实现稳定的电源电压的输出。PFM工作时，在输出电压超过上（阈值电压）后，其输出将关断，直到输出电压跌落到低于下阈值电压时，才重新开始工作。  优点：功耗较低，轻负载时，效率高且无需提供假负载。  缺点：对负载变化响应较慢，输出电压的噪声和纹波相对较大，不适合工作于连续供电方式。  三、DC/DC（芯片）的内部构造  接下来我们来看看DC/DC（电源芯片）内部的单元模块，并且给大家看看基本拓扑与电源芯片的联系，先来看一个图。   一款电源背光（IC）的内部原理框图  1.（Vr）ef电容等效电感产生的纹波:在300KHz~500KHz以下，可以忽略不计；电容等效电阻产生的纹波：与ESR和流过电容电流成正比，该电流纹波主要是和开关管的开关频率有关，基本为开关频率的n次谐波，为了减少纹波，让ESR尽量小。需要在开关电源输出端增加pF级电容，减少百兆级噪声的干扰。