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DC/DC降压转换器的工作原理及其设计软件开发

DC/DC转换器是开关电源芯片,指利用电容、软件开发电感的储能的特性,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。

输出电压通过分压电阻与基准电压作比较,从而形成一个反馈。当输出电压减小并低于基准电压,比较器输出发生翻转并触发振荡电路开始工作。振荡电路输出一个固定时间的脉冲,用于控制MOS管的导通。反之则MOS管将被截止。其中导通由振荡器控制,而截止时间取决于负载。按这样的方法,即可控制输出电压。

电荷泵为容性储能DC-DC产品,可以进行升压,也可以作为降压使用,还可以进行反压输出。电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。

工作原理

电荷泵是通过外部一个快速充电电容(Flying Capacitor),内部以一定的频率进行开关,对电容进行充电,并且和输入电压一起,进行升压(或者降压)转换。最后以恒压输出。在芯片内部有负反馈电路,以保证输出电压的稳定,如上图Vout ,经R1,R2分压得到电压V2,与基准电压VREF做比较,经过误差放大器A,来控制充电电容的充电时间和充电电压,从而达到稳定值。电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。例如,它在1.5X或1X的模式下都可以运行。当电池的输入电压较低时,电荷泵可以产生一个相当于输入电压的1.5倍的输出电压。而当电池的电压较高时,电荷泵则在1X模式下运行,此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。

降压转换器的工作原理

降压转换器是一种输出电压低于输入电压的开关转换器。也称为降压开关转换器。降压转换器只有四个主要部件。它们分别是开关管(下图中的Q1)、二极管(下图中的D1)、电感器(下图中的L1)和电容滤波器(下图中的C1)。输入电压 VIN 必须高于输出电压 VOUT 才能成为降压转换器。


DC/DC降压转换器的工作原理及其设计

降压转换器充当电压调节器,软件开发但利用 BJT、MOSFET 或 IGBT 等半导体部件的开关动作。 Q1将不断地开关,D1充当续流二极管,L1将充放电能量,而C1将存储能量。降压稳压器是一种低损耗稳压器,如果设计得当,效率可达 90% 以上。


DC/DC降压转换器的工作原理及其设计

降压转换器的电路原理


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上图显示了一个非常基本的降压转换器电路。要了解降压转换器的工作原理,我将把电路分为两种情况。晶体管导通时的第一个条件,晶体管关闭时的下一个条件。

1、晶体管开启状态


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在这种情况下,我们可以看到二极管处于开路状态,因为它处于反向偏置状态。在这种情况下,一些初始电流将开始流过负载,但电流受到电感器的限制,因此电感器也开始逐渐充电。(关注不迷路-电路一点通)因此,在电路导通期间,电容器会逐个周期地建立充电,并且该电压会反映在负载上。

2、晶体管关闭状态


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当晶体管处于关闭状态时,软件开发存储在电感器 L1 中的能量会崩溃并通过二极管 D1 流回,如带箭头的电路所示。在这种情况下,电感两端的电压极性相反,因此二极管处于正向偏置状态。现在,由于电感器的磁场坍塌,电流继续流过负载,直到电感器电量耗尽。所有这些都发生在晶体管处于关闭状态时。

在电感几乎耗尽存储能量的一段时间后,负载电压再次开始下降,在这种情况下,电容器C1成为主要电流源,电容器在那里保持电流流动,直到下一个周期开始再次。

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