開關(guān)電源基本電路講解

01BUCK開關(guān)穩(wěn)壓電源原理介紹

上圖為BUCK開關(guān)電源的基本電路，電路中VT為開關(guān)管，工作于開關(guān)狀態(tài)（VT飽和導通時相當于一只接通的開關(guān)，VT截止時相當于一只斷開的開關(guān)）。電感L和電容C為儲能元件。RL為電源的負載。D為續(xù)流二極管，它在開關(guān)管截止時導通，保證電感L中的電流不中斷。

開關(guān)管導通時，VIN電源通過開關(guān)管VT，電感L和負載RL形成電流回路，同時向電容器C充電，在電感L和電容C中同時儲能。

開關(guān)管截止時，由于電感線圈中電流的突然中斷，將在電感L兩端產(chǎn)生左負右正的自感電動勢，該自感電動勢使續(xù)流二極管D導通，形成電流回路。

同時，電容C也通過RL放電。雖然開關(guān)管截止了，但是負載電流并沒有中斷。通過控制開關(guān)管導通截止時間的比例就可以控制輸出電壓的大小。

用PWM控制開關(guān)管時輸出電壓Uo=D*Ui其中D為PWM占空比。

02開關(guān)管驅(qū)動電路介紹

上圖我們僅僅由一個理想的開關(guān)代替了晶體管，但是實際上晶體管的導通是需要一定的條件的，以增強型NMOS為例（PMOS成本高導通電阻大，一般采用NMOS，NPN三極管原理與增強型幾乎一樣，但導通壓降大），NMOS導通的條件是VGS(柵源極電壓)>導通電壓（用NPN三極管更容易理解Vbe>0.7V即導通）。

圖中MOS管源極接到電感左方，漏極接輸入電壓，柵極一般接12V的PWM。如果MOS管導通源極電壓VS會上升至輸入電壓，此時VG為12V，VS可能大于VG，會導致MOS不能導通，于是我們需要一個電路保證MOS管正常導通，常用的即自舉電路。

自舉電路核心思想為利用電容兩端電壓不能突變，在柵源之間接一個自舉電容，當V1輸入高電平時，Q1、Q4導通，Q2截止，Q3導通，源極輸出高電平48V，由于C2兩端電壓14V，所以Q3的導通使電容抬升了VDD的電壓，即電容C2的正極電壓位62V左右，經(jīng)過三極管Q4、二極管D1到達Q3的柵極，電容C2起到了自舉抬升電壓的作用，使Q3持續(xù)導通。

當V1輸入低電平時，Q1、Q4截止，Q2導通，Q2的導通為Q3的柵極提供放電電路（柵極電壓通過Q2、電阻R1放電），使得電容C2的負極電壓接近0V，即柵極電壓VG=0V。

當然，這個電路稍稍有些復雜，相信大多數(shù)人不會自己去搭建，感謝我們的芯片制作商，為我們開發(fā)了許多MOS的驅(qū)動芯片，以常用的IR2104為例，只需要接入一個二極管和一個電容，在IN腳輸入PWM，即可正常驅(qū)動MOS管。

那么，問題來了，為什么這個電路有兩個MOS管呢？為了得到更高的效率，將基本的BUCK電路進行了改進，用導通電阻僅為毫歐級的MOS管替代了原圖中導通壓降約0.7V的二極管，組成了同步BUCK電路。LO和HO反相，上管導通時下管截止。

03BOOST升壓電路

開關(guān)管飽和導通時，電感相當于直接接在電源兩端，電感會充電，而電容兩端電壓不會瞬時變化，保持輸出電壓穩(wěn)定。

二極管D反向截止，防止電容C反向充電，同時電容器C放電，與負載RL形成電流回路。此時，電感L會存儲能量，電容C會釋放能量。

開關(guān)管截止時，二極管D正向?qū)?，由于開關(guān)管突然斷開，電感L中的電流不會突然變化，會形成較大的電動勢，給電容C充電，并提供負載電流。此時，電容C存儲能量，電感L釋放能量。Uo =Uin/D。

04BUCK-BOOST電路

開關(guān)管飽和導通時，電感相當于直接接在電源兩端，電感會充電，而電容兩端電壓不會瞬時變化，保持輸出電壓穩(wěn)定。

二極管D反向截止，防止電容C反向充電，同時電容器C放電，與負載RL形成電流回路。

此時，電感L會存儲能量能，電容C會釋放能量。負載電流由電容提供。

開關(guān)管截止時，二極管D正向?qū)?，由于開關(guān)管突然斷開，電感L中的電流不會突然變化，會形成較大的電動勢，給電容C充電，并提供負載電流。

此時，電容C存儲能量，電感L釋放能量。負載電流由電感電流提供。Uo/Uin =D/(1-D)。

經(jīng)過今天的學習，從此，我們就可以根據(jù)我們的需求獲得各種各樣的直流電壓。下次我們來介紹DC-AC變換，即逆變電路的原理。