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  • dc-dc降压电路图,dc-dc降压电路原理介绍
    • 发布时间:2024-06-12 17:15:05
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    dc-dc降压电路图,dc-dc降压电路原理介绍
    BUCK电路基础
    BUCK电路是一种基于电感储能原理的DC-DC变换器,其涉及到物理中的电磁感应和电能转换的基本原理。在BUCK电路中,通过控制输入占空比可变的PWM波切换开关管的导通和断开状态,将输入电源提供的直流电压转换为可调的低电压输出,从而满足不同电路的供电需求。
    具体来说,BUCK电路中的电感在导通状态下,将电流通过电感中心核心的磁场转化为磁能,并将磁能存储在电感中。而在断开状态下,由于电感的自感作用,磁场会产生电压,将电磁能转化为电能,并通过输出端向负载供电。因此,通过控制开关管的导通和断开状态,实现了电能在电容和电感之间的周期性转换和调节,最终输出稳定的直流电压。
    此外,BUCK电路中的电容起到平滑输出电压的作用,通过在开关管导通状态下储存电能,在断开状态下释放电能,平滑输出电压波动。同时,为了确保稳定输出电压,BUCK电路通常采用负反馈控制,通过对输出电压进行采样,反馈给微控制器,然后微控制器调节输出的PWM波的占空比,控制开关管的导通时间和断开时间,使得输出电压保持在预定范围内。
    dc-dc降压电路原理
    降压式(Buck)变换器是一种输出电压≤输入电压的非隔离直流变换器,Buck变换器的主电路由开关管S1,二极管D,输出滤波电感L和输出滤波电容C构成,基本工作原理如下:
    dc-dc降压电路
    当开关管S1闭合时,电感L被充磁储能,流经电感的电流线性增加,同时给电容C充电,给负载RL提供能量(如左图所示),此时Vout电压缓慢上升,若S1一直闭合则最终Vout会近似等于Vin电压(S1有耗损压降);
    当开关管S1关断时,储能电感L通过续流二极管D放电,电感电流IL线性减少,输出电压Vout靠输出电容C放电Ic以及减小的电感电流IL维持(如右图所示)缓慢下降,若S1一直保持关断,则Vout会最终降至0V;
    按上述描述,Buck输出电压Vout曲线近似如下左图所示:
    dc-dc降压电路
    由此可知,通过控制开关管S1开启关断的占空比,可以控制输出电压Vout的大小(如上图所示)。
    一般DCDC集成芯片内部会集成电压调节电路,通过芯片输出端接分压电阻器将输出电压采样到FB(VFB)端,也就是反馈端,与基准电压对比后通过运放输出一个电压,与三角波对比,产生PWM信号,驱动功率管,实现电压的闭环控制。
    降压型(Buck)转换器按整流方式不同,分为异步整流型Buck和同步整流型buck:
    dc-dc降压电路
    非同步整流Buck
    以上描述的通过二极管D来完成的续流回路,这种属于非同步整流型Buck转换器,也叫异步Buck转换器(见上图“异步整流Buck”)。
    续流回路中采用的是二极管,具有单向导电性,不需要外加电路控制其通断,因此它只有一个mos管(或者说开关管)需要用电路控制,也就不用去强调同步控制二极管,即可以理解为非同步。
    因为二极管需要一定导通压降才能导通,如果输出电流比较大,那么就会有比较大的额外消耗,另一方面,如果输出电压是比较低的时候,比如说是1.2V,那么二极管导通压降就占了很大的比例。所以在大电流,小电压输出时候效率偏低。
    同步整流Buck
    另外还有一种就是同步整流型Buck。同步Buck在电路中续流回路中使用的也是MOS管(Q2),即上下管都是MOS管,因为MOS管本身是需要外部控制的元器件,整流过程中必须根据电源的开关时序同步控制Q1与Q2,所以该电路理解为同步(见右上图“同步整流Buck”)。
    同步Buck的控制较为复杂,需要额外的驱动电路和控制电路保证电路正常工作,如果死区时间处理不当,有可能上下管直通,造成MOS管损坏(这是指的是电源控制器外接同步整流MOSFET的情况)。对于内部集成了控制器,上下管的电源管理芯片,由于MOSFET的特性已知,控制和MOSFET集成,可以很好的解决上面提到的控制问题,不需要过多担心。
    同步和异步的区别从外部来看是同步的没有续流二极管。BUCK的输出电流是分成两个部分的,一个部分是来自电源,一个部分是来自异步电路中的这个二极管,同步电路把这个二极管用一个内置的MOSFET给替代了,但是这个MOSFET的开和关需要芯片内部额外的控制电路来保持和开关MOSFET的相位关系。
    从性价比、可靠性和高电压输出场景表现,优先选择异步BUCK电路。从功耗、效率和非连续工作场景噪声表现,优先选择同步BUCK电路。
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