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开关电源芯片——非隔离式DC-DC转换器

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文章出处:骊微电子责任编辑:电源管理芯片人气:-发表时间:2018-11-19 09:33
  目前的开关电源大致分为两类,分别是直流和交流开关电源。其中直流开关电源的核心是DC-DC转换器,DC-DC转换器依据输入和输出之间是否有电气隔离,分成隔离式DC-DC转换器和非隔离式DC-DC转换器。
  
  非隔离式的DC-DC转换器都是基于降压,升压以及降压-升压型DC-DC转换器而衍生出来的,下面就简单介绍一下这三种DC-DC转换器。
  
  1.降压型DC-DC转换器:  
  下图1显示的是降压型DC-DC转换器的电路结构。其中Vin是输入电压;S1是上开关管,用功率MOSFET实现,控制电路决定其导通和关断;S2是下开关管,一般用MOSFET或肖特基二极管实现;L,C为滤波元件;R是负载电阻。
  
  在一个开关周期T中,令S1的导通时间为ton,令导通占空比ton/T为D;令S2的导通的时间为toff,令截止占空比toff/T为D’。IL是电感电流,VL是电感两端电压。
  
  ton+toff=T时,电感中持续有电流,这种工作状态叫做电感电流连续模式(CCM, Continuous Conduction Mode)。而当电感中电流在一段时间保持为零时,即ton+toff<T时,就会出现另一种工作状态,即电感电流不连续模式。输出电流或电感L过小,周期T过长都会使电感电流不连续模式发生。对于这种电路结构,输出电压均低于输入电压,从而称之为降压型DC-DC转换器。
  
  2.升压型DC-DC转换器  
  升压型DC-DC转换器中所用的电路元件与降压型结构相同,有着相似的结构,只是将开关和电感的位置进行互换。具体电路下图2所示。
  
  周期开始的时候,开关管S2导通,S1截止,电源给电感进行充电从而使得电感电流持续上升。而当控制电路使S2截止时,电感电流经由S1分别流向电容和负载。对于这种电路结构,输出电压均高于输入电压,从而称之为升压型DC-DC转换器。
  
  3.降压-升压型DC-DC转换器  
  降压-升压型DC-DC转换器的工作原理与前两种转换器类似,该转换器可以同时使电压增加或降低。具体电路如图3所示。
  
  周期开始的时候,开关管S1导通,S2截止,电源给电感进行充电从而使得电感电流持续上升。而当控制电路使S1截止时,电感电流经由S2分别流向电容和负载。
  
  当导通占空比D<0.5时,该DC-DC转换器是降压的,而当D>0.5时,该DC-DC转换器是升压的。并且由于无论是升压型还是降压型,该DC-DC转换器的输出与输入的电压极性相反,因此又称降压-升压型DC-DC转换器为反向型DC-DC转换器。
  
  DC-DC转换器是将某一直流电压转变成其他直流电压的电源管理芯片,DC-DC转换器的特点有:输出电压变化范围广,工作效率高,输出电流大,安全可靠,广泛应用在工业控制及其自动化、通讯、电力、医疗、电子等领域。
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