升降壓電路原理分析

1、電源網(wǎng)訊Buck變換器：也稱降壓式變換器，是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器圖中，Q為開關(guān)管，其驅(qū)動電壓一般為 PWM（Pulse width modulation 脈寬調(diào)制）信號，信號 周期為Ts，則信號頻率為f=1/Ts，導(dǎo)通時間為Ton,關(guān)斷時間為Toff，則周期Ts=Ton+Toff, 占空比 Dy= Ton/Ts。Boost 變換器：也稱升壓式變換器， 是一種輸出電壓高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。 開關(guān)管Q也為PW控制方式，但最大占空比Dy必須限制，不允許在Dy=1的狀態(tài)下工作。電 感Lf在輸入側(cè)，稱為升壓電感。Boost變換器也有CCM和DCM兩種工作方式Buc

2、k/Boost 變換器： 也稱升降壓式變換器，是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓的 單管不隔離直流變換器， 但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。 Buck/Boost 變換器可看做是 Buck變換器和Boost變換器串聯(lián)而成，合并了開關(guān)管。Buck/Boost變換器也有CCM和DCM兩種工作方式，開關(guān)管 Q也為PWM控制方式。LDO的特點： 非常低的輸入輸出電壓差 非常小的內(nèi)部損耗 很小的溫度漂移 很高的輸出電壓穩(wěn)定度 很好的負(fù)載和線性調(diào)整率 很寬的工作溫度范圍 較寬的輸入電壓范圍 外圍電路非常簡單，使用起來極為方便DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器

3、的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式 Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改 變Ts （易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類：（1） Buck電路一一降壓斬波器，其輸出平均電壓 U0小于輸入電壓Ui，極性相同。（2） Boost電路一一升壓斬波器，其輸出平均電壓 U0大于輸入電壓Ui，極性相同。（3） Buck- Boost電路一一降壓或升壓斬波器，其 輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電感傳輸。（4） Cuk電路一一降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性 相反，電容傳輸。DC-DC分為 BUCK BUOOSTBUCK-BOOS

4、三類 DC-DC 其中 BUCI型 DC-DC只能降壓，降壓公 式： Vo=Vi*DBOOS型DC-DC只能升壓，升壓公式： Vo= Vi/（1-D）BUCK-BOOS型 DC-DC 即可升壓也可降壓，公式： Vo=（-Vi）* D/ （1-D）D為充電占空比，既 MOSFE導(dǎo)通時間。OvDV 開關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調(diào)整率等性能也較差， 特別是對模擬電路供電時，將產(chǎn)生較大的影響。因開關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測量或計 算用電設(shè)備的最大吸收電流， 以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公 式為：ls=

5、Klf 式中：Is開關(guān)電源的額定輸出電流；If 用電設(shè)備的最大吸收電流；K 裕量系數(shù)，一般?。浑娙菔介_關(guān)電源它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負(fù)電壓。其內(nèi)部的FET開關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數(shù) ,2 或3)倍增或降低，從而得到 所需要的輸出電壓。這種特別的調(diào)制過程可以保證高達(dá) 80的效率，而且只需外接陶瓷電容。 由于電路是開關(guān)工作的，電荷泵結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一定的輸出紋波和EMI(電磁干擾)首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。將 555 電路產(chǎn)生的振蕩脈沖，通過二極管整流電路整流后向電容充電，使電容充電至電源電壓，將 這樣的整

6、流一充電電路逐級連接，就可以得到 2 倍、3 倍、 4 倍甚至多倍于電源電壓的升壓電路。下面 介紹由 555 電路組成的 2 倍壓、 3 倍壓和 4 倍壓升壓電路，電路組成如圖 2-42 所示。電路工作原理分析 在圖 2-42 中，圖 (a) 是一個 2 倍壓升壓電路。這個電路中，電容和二極管的數(shù) 量與上一例介紹過的負(fù)電源變換電路一樣，但二極管和電容的連接位置以及它們的連接方式均和上一例 不同，它們的工作原理和最終輸出電壓也都是不同的。本例電路稱為倍壓整流電路.電路工作過程：在圖2-42 (a) 中，接通電源后，電源首先通過 VDI向C4充電，使c4兩端電壓接近電源 電壓。當(dāng)NE555的腳輸出

7、脈沖的上升沿時，再次向 C4充電。根據(jù)水漲船高的原理，使 C4正極對地電 壓達(dá)到：電源電壓+脈沖峰值電壓。隨即這一電壓通過 VD2向C5充電，使 C5正極對地電壓達(dá)到 C4的電 壓，即等于電源電壓的 2 倍。當(dāng)脈沖下降沿到來時，電源再次通過 VDI 向 C4 充電，重復(fù)上述過程。圖2-42 (b) 所示是一個 3 倍壓升壓電路。由圖可見，該電路的升壓電路是由 3 組二極管一電容電路組成 的，如果與圖 2-42 (a) 來對照其連接方式就會發(fā)現(xiàn)，這一電路所加的元器件，按其位置對比是 VDl 和 c4。在該電路中，3組二極管電容電路的每-級均能將前一級輸出電壓提高一個電源電壓值，3組這樣的電路可將

8、輸出電壓提高到電源電壓的 3 倍。圖2-42 (c) 所示是一個由 555 電路組成的 4 倍壓升壓電路， 該電路由 4 組二極管一電容電路組成，最終可將輸出電壓提高到電源電壓的4 倍。俺試著分析一下原理算是拋磚引玉吧：1。 在開始時刻，C1、L1都處于初始狀態(tài)，Q1導(dǎo)通，導(dǎo)致 Q2導(dǎo)通，此時Q2集電極電流應(yīng)該為：Ic2 = B2*lb2 =B2*B1*lb1=B2*B1*(Vcc-Vt1)/R1-B1、B2分別為電流放大倍數(shù)2。 由于L1的存在，Ic2不能突變，因此，Q2進(jìn)入飽和，C1上充電，L1電流持續(xù)上升：dI/dt = VL1/L1 = (Vcc - Vsat2)/L13。當(dāng)L1上電流

9、上升變慢，甚至無法上升時，Q2集電極電位抬高，VL1 = 0,4。 由于C1上充電的影響，導(dǎo)致Q1基極被抬高，Q1、Q2被關(guān)斷；5。 Q2被關(guān)斷后，L1上電流只有通過 LED泄放，Q2集電極被抬高到LED導(dǎo)通電壓，導(dǎo)致 Q1基極被更加抬 高；6。 C1電容通過R1放電，要一直放到 Q1基極電壓低于(Vcc-Vt1) , Q1重新導(dǎo)通，總放電電量為：放電初始基極電壓 (Vcc-Vsat2+Vled), 放電終止基極電壓( Vcc-Vt1) ，Qc = C1*( Vcc-Vsat2+Vled) - (Vcc-Vt1) =C1*( Vled + Vt1 - Vsat2)7。 Q1導(dǎo)通后，Q2重新導(dǎo)通

10、，Q2集電極電位又被重新拉低，L1上電流開始增加，C1重新充電，回到第二27 樓只是純粹的理論分析，實際應(yīng)用時還有幾個陷阱要注意：首先，是Q1、Q2的關(guān)斷條件。Q1、Q2的關(guān)斷條件是L1上的感生電壓足夠小，導(dǎo)致Q2集電極電位抬升。L1上的感生電勢又是由流經(jīng)的電流變化率決定的，因此，理論分析假設(shè)是當(dāng)Q2集電極電流達(dá)到 Q1基極電流與兩個三極管的放大倍數(shù)乘積時，Q1、Q2關(guān)斷。但實際情況并不見得如此，有另外兩個因素也可能導(dǎo)致 L1 上電壓降低：其一， L1 磁通飽和，也就是 L1 上電流超過其額定電流時， L1 上磁通不再增加，導(dǎo) 致感生電勢為零；其二，電池內(nèi)阻，也就是當(dāng)輸出電流比較大時，電池輸出

11、電壓降低，也可能導(dǎo)致L1 上電流不再增加， L1 感生電勢為零。 因此， 電感的選擇很重要， 一定要保證足夠的額定電流容量； R1 和 Q1Q2 的選擇也很重要，應(yīng)該保證 L1 上電流達(dá)到最大時，電池電壓不至于明顯降低；其次，是L1和C1參數(shù)的選擇。如果在電感上的電流通過LED放電還沒有達(dá)到零時，Q1Q2恢復(fù)導(dǎo)通，那么L1上電流將隨著開關(guān)次數(shù)的增加迅速增大，直到發(fā)生磁飽和。因此，C1R1上的延遲，一定要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L1上電流通過LED泄放完全的時間。L1上電流泄放時間可以按如下方式推斷：假設(shè)其峰值電流為Im,則電感儲能為：El1 = L1 * Im*2/ 2LED平均電流假設(shè)為Im/2，則所需放電時間為：TLED = EL1 /( Im * VLED /2)= L1 * Im / VLED所