非隔離的DC-DC原理,分析下DCDC降壓電路

對于DCDC，大家都不陌生，因為就是開關(guān)電源，當然還有AC/DC，通常的AC/DC，都是110V或者220V交流變換為直流電源，我們這里先來討論DCDC電源設(shè)計。

DCDC電源類型分為2種，一種是隔離性，一種是非隔離型。隔離型DCDC 的意思是輸出的GND和輸入的GND是無關(guān)系的，也成為懸浮電源。常見的DC-DC芯片大都是非隔離型的。隔離性的電源，是雙向，也叫做升壓降壓類型，非隔離型的，分為boost 和buck兩種。

首先我們來說下非隔離的DC-DC原理，這類電源又分為boost和buck，即為升壓和降壓模式。首先分析下DCDC降壓電路：

Buck 模式DCDC 結(jié)構(gòu)主要由輸入電容、功率MOS管、PWM模塊、肖特基二極管、功率電感、輸出電容和輸出調(diào)節(jié)電阻構(gòu)成。DCDC開關(guān)電源這種結(jié)構(gòu)模式?jīng)Q定了它輸出噪聲比較大。

接下來我們分析下工作原理，當功率MOS（以后簡稱開關(guān)），閉合時，電源通過電感給負載供電，并將電能儲存在電感L和輸出電容中，由于電感L的自感，在開關(guān)閉合時，電流增大的比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源的電壓值。一定時間后，開關(guān)斷開，由于電感L的自感作用（可以形象的認為電感中的電流具有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左到右繼續(xù)流。電流流過負載，從地返回，流到肖特基二極管的正極，經(jīng)過二極管返回電感L的左端，從而形成一個回路。通過控制PWM的占空比就可以控制輸出的電壓。

在開關(guān)閉合期間，電感儲存能量，在斷開期間釋放能量，所以電感L叫做儲能電感，二極管在開關(guān)斷開期間負責(zé)給L提供電流通路，所以二極管叫做續(xù)流二極管。當開關(guān)閉合時，電壓很小，所以發(fā)熱功率U*I就會很小，這就是開關(guān)電源高效率的原因。

通過這里原理，我們就知道了為什么在DCDC設(shè)計的時候，輸出一定要有大電容，二極管和電感為什么一定要靠近IC。而且DCDC的后級濾波一定要好，因為內(nèi)部有開關(guān)頻接下來講解下boost型DCDC電路：

其基本模型如上圖，經(jīng)過我們對buck 電路的原理分析，對于BOOST 應(yīng)該很清楚了，同樣調(diào)整PWM的占空比，可以調(diào)節(jié)輸出，當PWM占空比為50%的時候，輸出電壓為輸入電壓的2倍，基本原理如下：

開關(guān)導(dǎo)通時, 輸入電壓流向電感, 電感電流線性增加,電感儲能增加,電源向電感轉(zhuǎn)移電能。

開關(guān)斷開時, 電感電壓等于輸入電壓減去輸出電容的電壓, 電感電流減少,電感儲能減少, 電感儲能向負載轉(zhuǎn)移電能。

通過這樣不斷的開關(guān)實現(xiàn)了DCDC升壓，但是這種結(jié)構(gòu)得到的電流比較小，通常在幾百毫安，而且效率不高。