DC電源的基本拓撲和調(diào)制方式

第第頁Buck、Boost電路原理詳解DC/DC電源的基本拓撲和調(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)只認為以開關形式實現(xiàn)的電源為DC/DC電源。

一，DC/DC基本拓撲

Buck、Boost型

電感電壓伏秒平衡定律

一個功率變換器，當輸入、負載和控制均為固定值時的工作狀態(tài)，在（開關電源）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：對于已工作在穩(wěn)態(tài)的DC/DC功率變換器，有源開關導通時加在（功率電感）上的正向伏秒一定等于有源開關截至時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）轉(zhuǎn)變過程

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

當PWM驅(qū)動低電平使得NMOS管S1截至時，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)，給輸出負載（供電），此時電感電流下降，此時電感反向伏秒為：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MOS管導通時，電感的正向伏秒為：Vin*Ton；當MOS管截至時，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

由于二極管導通時至少存在0.3V的壓降，因此續(xù)流二極管D所消耗的功率將會稱為DC/DC電源主要功耗，從而嚴重限制了效率的提高。為解決該問題，以導通電阻極小的MOS管取代續(xù)流二極管。然后通過（控制器）同時控制開關管和同步整流管，要保證兩個MOS管不能同時導通，負責將會發(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，不斷地導通和關斷高速開關，通過控制開關通斷的占空比，可以實現(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采用恒定的開關頻率，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度(占空比)的方法來實現(xiàn)穩(wěn)定電源電壓的輸出。在PWM調(diào)制方式下，開關頻率恒定，即不存在長時間被關斷的情況。

優(yōu)點：噪聲低、效率高，對負載的變化響應速度快，且支持連續(xù)供電的工作模式。

缺點：輕負載時效率較低，且電路工作不穩(wěn)定，在設計上需要提供假負載。

2.PFM(脈沖頻率調(diào)制)

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

優(yōu)點：功耗較低，輕負載時，效率高且無需提供假負載。

缺點：對負載變化響應較慢，輸出電壓的噪聲和紋波相對較大，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撲與電源芯片的聯(lián)系，先來看一個圖。

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；電容等效電阻產(chǎn)生的紋波：與ESR和流過電容