1、DCDC的基础知识
DC-DC是英语直流变直流的缩写。所以DC-DC电路是某直流电源转变为不同电压值的电路。DC-DC是开关电源技术的一个分支。这里说的DC-DC是指开关电源芯片。开关电源,指利用电容、电感的储能的特性,通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作,将输入的电能储存在电容(感)里,当开关断开时,电能再释放给负载,提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。我们常用的DC-DC产品有两种。一种为电容储能DC-DC,一种为电感储能DC-DC。
2、DC/DC电源常见的电路拓扑方式有三种:Buck、Boost、Buck-Boost
1)降压DC-DC:BUCK BUCK型DC-DC主要用于降压,其原理如下图,开关管Q1打开时,Vin通过L1给负载供电,L1中储藏电能,当Q1闭合时,当在L1内上会感应出反向的电动势,极性是左负右正,此时电感通过二极管D1给负载供电。输出的电压跟占空比D有关:Vout=Vin*D。该电路中由于频繁开关作用,所以要求二极管D1具有极高的回复速度,考虑到效率,该二极管还要具有低的正向导通电压,一般选用肖特基二极管。
2)升压DC-DC:BOOST
BOOST型DC-DC主要用于升压电路,其原理如下图,当开关管Q1闭合时,二极管D1截止,电流流经电感L1和开关管Q1,此时电容Cout给负载供电,当开关管Q1断开时,L1上产生反向的电动势,极性是左负右正,此时Vin和L1上的电动势叠加通过二极管给负载供电,同时给Cout充电。输出的电压同样跟占空比D有关:Vout=Vin/(1-D)。
3)升降压DC-DC:BUCK-BOOST
BUCK/BOOST型DC-DC既可用于降压,也可用于升压,其原理如下图所示,该类型电压输出:Vout=Vin*D/(1-D)
3、影响DCDC效率的因素
开关损耗和导通损耗,主要是功率器件,DCDC 结构主要由输入电容、功率MOS管、PWM模块、肖特基二极管、功率电感、输出电容和输出调节电阻构成。其中的功率器件为MOS管和电感,还有二极管的导通损耗,如果要提高电源的轻载效率,主要有几点需要注意的:降低导通损耗、降低DCR和ESR、减低铁损、铜损和降低工作频率,以及降低PCB走线损耗。
4、 总结
基本电源拓扑结构中Buck降压型应用最多,但是各个基础拓扑组合使用,可以解决很多类似于正负电源供电以及双向电源应用方面的问题。总之电源基础拓扑结构虽老,但是实际应用却可以千变万化。
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电源常见的电路拓扑方式
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