DC電源的基本拓?fù)浜驼{(diào)制方式

第第頁Buck、Boost電路原理詳解DC/DC電源的基本拓?fù)浜驼{(diào)制方式（DC/DC）（電源）指的是直流轉(zhuǎn)直流的電路，有升壓降壓兩種電路，按理來說，（LDO）也是（DC）DC電源，但行業(yè)內(nèi)只認(rèn)為以開關(guān)形式實(shí)現(xiàn)的電源為DC/DC電源。

一，DC/DC基本拓?fù)?/p>

Buck、Boost型

電感電壓伏秒平衡定律

一個(gè)功率變換器，當(dāng)輸入、負(fù)載和控制均為固定值時(shí)的工作狀態(tài)，在（開關(guān)電源）中，被稱為穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)下，功率變換器中的電感滿足電感電壓伏秒平衡定律：對(duì)于已工作在穩(wěn)態(tài)的DC/DC功率變換器，有源開關(guān)導(dǎo)通時(shí)加在（功率電感）上的正向伏秒一定等于有源開關(guān)截至?xí)r加在該電感上的反向伏秒。

1.BUCK降壓型

先來看一下原理圖

BUCK（電路原理）和（信號(hào)）轉(zhuǎn)變過程

當(dāng)PWM驅(qū)動(dòng)高電平使得NMOS管S1導(dǎo)通，忽略MOS管的導(dǎo)通壓降，電感（電流）呈線性上升，此時(shí)電感正向伏秒為：V*Ton=(Vin-Vo)*Ton

當(dāng)PWM驅(qū)動(dòng)低電平使得NMOS管S1截至?xí)r，電感電流不能突變，經(jīng)過續(xù)流（二極管）形成回路(忽略二極管壓降)，給輸出負(fù)載（供電），此時(shí)電感電流下降，此時(shí)電感反向伏秒為：V*Toff=Vo*(Ts-Ton)

根據(jù)電感電壓伏秒平衡定律可得：(Vin-Vo)*Ton=Vo*(Ts-Ton)

即Vo=D*Vin(D為占空比)

2.BOOST升壓型

和BUCK電路類似的分析方法，當(dāng)MOS管導(dǎo)通時(shí)，電感的正向伏秒為：Vin*Ton；當(dāng)MOS管截至?xí)r，電感的反向伏秒為：(Vo-Vin)*(Ts-Ton)

根據(jù)電感電壓伏秒平衡定律可得：Vin*Ton=(Vo-Vin)*(Ts-Ton)

即Vo=Vin/(1-D)

（matlab）（仿真）圖：

matlab仿真圖

仿真Vout升壓過程

3.（同步整流）技術(shù)

由于二極管導(dǎo)通時(shí)至少存在0.3V的壓降，因此續(xù)流二極管D所消耗的功率將會(huì)稱為DC/DC電源主要功耗，從而嚴(yán)重限制了效率的提高。為解決該問題，以導(dǎo)通電阻極小的MOS管取代續(xù)流二極管。然后通過（控制器）同時(shí)控制開關(guān)管和同步整流管，要保證兩個(gè)MOS管不能同時(shí)導(dǎo)通，負(fù)責(zé)將會(huì)發(fā)生短路。

二、DC/DC電源調(diào)制方式

DC/DC電源屬于斬波類型，即按照一定的調(diào)制方式，不斷地導(dǎo)通和關(guān)斷高速開關(guān)，通過控制開關(guān)通斷的占空比，可以實(shí)現(xiàn)直流電源電平的轉(zhuǎn)換。DC/DC電源的調(diào)制方式有三種：PWM方式、PFM方式、PWM與PFM的混合方式。

1.PWM(脈沖寬度調(diào)制)

PWM采用恒定的開關(guān)頻率，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度(占空比)的方法來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電源電壓的輸出。在PWM調(diào)制方式下，開關(guān)頻率恒定，即不存在長(zhǎng)時(shí)間被關(guān)斷的情況。

優(yōu)點(diǎn)：噪聲低、效率高，對(duì)負(fù)載的變化響應(yīng)速度快，且支持連續(xù)供電的工作模式。

缺點(diǎn)：輕負(fù)載時(shí)效率較低，且電路工作不穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)上需要提供假負(fù)載。

2.PFM(脈沖頻率調(diào)制)

PFM通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電源電壓的輸出。PFM工作時(shí)，在輸出電壓超過上（閾值電壓）后，其輸出將關(guān)斷，直到輸出電壓跌落到低于下閾值電壓時(shí)，才重新開始工作。

優(yōu)點(diǎn)：功耗較低，輕負(fù)載時(shí)，效率高且無需提供假負(fù)載。

缺點(diǎn)：對(duì)負(fù)載變化響應(yīng)較慢，輸出電壓的噪聲和紋波相對(duì)較大，不適合工作于連續(xù)供電方式。

三、DC/DC（芯片）的內(nèi)部構(gòu)造

接下來我們來看看DC/DC（電源芯片）內(nèi)部的單元模塊，并且給大家看看基本拓?fù)渑c電源芯片的聯(lián)系，先來看一個(gè)圖。

一款電源背光（IC）的內(nèi)部原理框圖

1.（Vr）ef電容等效電感產(chǎn)生的紋波:在300KHz~500KHz以下，可以忽略不計(jì)；電容等效電阻產(chǎn)生的紋波：與ESR和流過電容