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DC-DC变换器的基本工作原理和直流变换器怎么设计?

发表时间:2021-11-17 15:58【 阅读量:-

  一、DC-DC变换器的基本工作原理


  将使用最基本的类型来描述DC-DC变换器电路中升压和降压的工作原理。其他类型的电路或使用线圈的电路可以考虑由升压电路和降压电路或其应用电路组合而成。


  图1和图2说明了升压电路的操作。图1显示了FET导通时的电流。虚线表示轻微的漏电流,这会降低轻负载时的效率。当FET导通时,电能在L中累积。图2显示了FET关闭时的电流。当场效应管关断时,L尽量保持上次电流值,将线圈左边缘强行固定到V IN供电,使电压升高到V OUT用于升压操作。因此,如果FET的导通时间更长,则L中会积累更多的电流,从而可以获取更大的功率。但是,如果FET导通时间过长,则向输出侧供电的时间太短,这段时间内的损耗会增加,从而降低转换效率。因此,通常确定最大占空比(开/关时间比)值以保持适当的值。


  通过升压操作,重复所示的电流流动:


  升压电路中FET导通时的电流

图1.png

  在升压电路中关断FET时的电流

图2.png

  图3和图4说明了降压电路的操作。图3显示了FET导通时的电流。虚线表示在轻负载条件下会降低效率的轻微漏电流。在FET导通期间,电能在L中累积并提供给输出侧。图4显示了FET关闭时的电流。当FET关闭时,L尝试保持最后的电流值并打开SBD。此时,线圈左边缘的电压被强行降到0V以下,降低了V OUT处的电压.因此,如果FET的导通时间更长,则L中会积累更多的电流,从而可以获取更大的功率。使用降压电路,在FET导通时,可以向输出侧供电,不需要确定最大占空比。因此,如果输入电压低于输出电压,则FET保持导通。然而,由于升压操作被禁用,输出电压也会降低到输入电压电平或更低。


  通过降压操作,重复所示的电流流动:


  在降压电路中打开FET时的电流

图3.png

  在降压电路中关闭FET时的电流

图4.png

  二、设计DC-DC变换器电路的4个关键点:


  在DC-DC变换器电路的规范要求中,以下被认为是关键的:


  1.运行稳定(不会因开关异常、烧坏、过电压等操作故障而崩溃)

  2.高效率

  3.输出纹波小

  4.良好的负载瞬态响应


  这些特性可以通过改变DC/DC变换器IC和外部部件在一定程度上得到改善。这四种属性的权重因个别应用而异。