开关电源 DC/DC原理介绍

很多朋友对开关电源，DC/DC原理介绍不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

DC/DC电源指的是DC到DC电路，有升压和降压两种电路。理论上LDO也是DCDC电源，但以开关形式实现的电源，业内只认为是DC/DC电源。一、DC/DC降压和升压的基本拓扑结构伏秒平衡的感应电压定律

在开关电源中，当输入、负载和控制都是固定值时，功率变换器的工作状态称为稳态。在稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压的伏秒平衡定律：对于一直工作在稳态下的DC/DC功率变换器，当有源开关接通时加到功率电感上的正向伏秒必须等于当有源开关断开时加到电感上的反向伏秒。1.BUCK buck类型我们先来看看BUCK电路原理和信号转换过程的原理图。

当PWM驱动高电平导通NMOS管S1时，忽略MOS管的导通压降，电感电流线性上升，此时电感正向伏秒为：V*Ton=(Vin-Vo)*Ton。当PWM驱动低电平关断NMOS管S1时，电感电流不会突然变化，通过续流二极管(忽略二极管压降)形成回路给输出负载供电，此时电感电流下降。此时电感的反向伏秒为：V*Toff=Vo*(Ts-Ton)，根据电感电压的伏秒平衡定律可以得到：(Vin-Vo)*Ton=Vo*(Ts-Ton)，即Vo=D*Vin (D为占空比)。

2.2号。升压型分析方法类似于降压电路的分析方法。MOS管导通时，电感正向伏秒为Vin * Ton当MOS管关断时，电感的反向伏秒为：(Vo- Vin)*(Ts-Ton)根据电感电压的伏秒平衡定律，可以得到：Vin*Ton=(Vo- Vin)*(Ts-Ton)，即Vo=Vin/(1-D)matlab仿真图：matlab仿真图模拟Vout 3的升压过程。同步整流技术。

因为二极管导通时至少有0.3V的压降，续流二极管D消耗的功率会被称为DC/DC电源的主要功耗，严重限制了效率的提高。为了解决这个问题，采用导通电阻非常小的MOS晶体管来代替续流二极管。然后控制器同时控制开关晶体管和同步整流器，保证两个MOS晶体管不能同时导通，对短路负责。二、直流/DC电源调制模式

DC/DC电源属于斩波式，即按照一定的调制方式，使高速开关连续通断，通过控制开关通断的占空比来实现DC电源的电平转换。DC/DC电源有三种调制模式：PWM模式、PFM模式以及PWM和PFM的混合模式。1.脉宽调制

PWM采用恒定的开关频率，通过调节脉宽(占空比)实现稳定的电源电压输出。在PWM调制模式下，开关频率是恒定的，即没有长期关断。优点：低噪音，高效率，快速响应负载变化，支持连续供电模式。缺点：轻载下效率低，电路不稳定，设计时需要提供假负载。2.PFM(脉冲频率调制)

PFM可以通过调节开关频率来实现电源电压的稳定输出。PFM工作时，输出电压超过上限阈值电压后，其输出会被关断，直到输出电压降到下限阈值电压以下，才会再次开始工作。优点：功耗低，轻负载下效率高，无需提供假负载。缺点：对负载变化反应慢，输出电压的噪声和纹波比较大，不适合连续供电。三、DC/DC芯片的内部结构

接下来，让我们看看DC/DC功率芯片内部的单元模块，并向您展示基本拓扑结构和功率芯片之间的关系。我们先来看一个图。电源背光IC 1的内部原理框图。VrefError放大器基准电压和误差放大器误差放大器的功能是放大反馈电压(FB引脚电压)和基准电压(200mv)之间的差值，然后使用该信号控制PWM输出信号的占空比。2.热关断温度保护：当温度高于极限值时，芯片停止工作。

3 .软启动软启动电路：用于降低电源启动时的浪涌电流，使输出电压缓慢上升，减少对输入电源的影响。四、 DC/DC电路硬件设计参数选择标准

1.设置输出电压：首先，选择一个合适的R2。R2过小，静态电流过大，会增加损耗；如果R2太大，静态电流就会太小，FB引脚的反馈电压就会对噪声敏感。一般来说，数据手册中有推荐值范围的参考。选择R2，根据输出电压计算R1的值，其中R1=((Vout-Vref)/Vref)*R2。电压选定后，开关电源会自动调整总比例，以获得我们想要的电压。

2.电感：应选择电感，使电感电流保持连续，直到输出最小额定电流。在电感选择的过程中，需要考虑输出电流、纹波、体积等诸多因素。较大的电感将导致较小的纹波电流，从而导致较低的纹波电压，但较大的电感将具有较大的物理尺寸、较高的串联电阻和较低的饱和电流。

电感值越小，开关电源PWM信号的频率越高。一般开关电源的开关频率很少好于10MHz，大多在100k-1 MHz之间，需要的电源电感值在2.2 UH-22uh之间。

3.输出电容：输出电容的选择主要是根据设计中对输出纹波的要求。电容产生的纹波：比较小，可以忽略不计；电容等效电感产生的纹波：300KHz~500KHz以下，可以忽略不计；电容等效电阻产生的纹波与ESR和流经电容的电流成正比。电流纹波主要与开关管的开关频率有关，基本上是开关频率的n次谐波。为了降低纹波，让ESR尽可能小。

需要在开关电源的输出端增加pF电容来降低百兆噪声的干扰。

回顾唐子红

以上知识分享希望能够帮助到大家！