DC-DC CONVERTER BUCK 电源讲义.ppt

Prepare by ZilongLuo Author: zilongluo ,all right reserver DC/DC 电源讲义 电压转换的方式 通常来讲，有以下几种进行电压转换的方式： 线性稳压（Linear Regulator：7805） DC to DC （BUCK、BOOST、CUIK、、、、） LDO（Low Drop-Out：BM1117） 降壓式(Buck)開關電源的结构和工作原理 降壓式(Buck)開關電源結構組成： 1.開關調整管(Power TRANSISTER). 2.濾波電路(LC Filter). 3.采樣反饋電路(Feedback). 4.誤差信號放大器(Error Amplifier). 5基准電壓(Reference Voltage). 6.鋸齒波發生器(Saw Tooth Wave Generator) 7.脈沖宽度調制電路(Pulse Width Modulation)等. TPS54331 连续模式下占空比 （Ui-Uo）*ton=Uo*toff， 》Ui*ton-Uo*ton=Uo*toff, 》Ui*ton=Uo(ton+toff), 》Uo/Ui=ton/(ton+toff)= Δ 即，输入输出电压关系为： Uo/Ui=Δ(占空比) 电感电流断续模式 断续模式虽然电感小，但首先输出滤波电容的纹波电流增加了，电容负担加重。其次磁芯磁通主要是脉动分量，磁芯损耗大。线圈交流分量大，不仅考虑直流电阻损耗，还要考虑交流电阻损耗，线圈损耗增加。第三电流连续时输入峰值电流近似等于输出电流，断续时，峰值电流至少是输出电流的的一倍，加大了功率器件的定额。 关键元件的选择 电感选择注意事项： 1 电流 2 电感量 3 饱和磁通密度 关键元件的选择 电容： 1 耐压 2 纹波系数 3 容量 4 ESR 关键元件的选择 MOS管及续流二极管 1 耐压 2 电流及导通电阻 3 反向恢复时间 4 正向压降 * * 　图1 图2 工作原理： 1.由采样电路得到的反馈电压Uf与输出电压Uo成正比，它与基准电压进行比较并放大后得到誤差电压Ua。 2.被送到调制电路中的比较器U2的反相输入端。三角波 振荡器产生的三角波信号Ut加到比较器的同相输入端。 当UtUa时,比较器输出高电平，即: Ub=+Uopp 当UtUa时,比较器输出低电平，即： Ub=-Uopp 3.故开关调整管Q1的基极驱动电压Ub为高低电平交替的脉冲波形，如图3所示： 圖2注解： 1.三极管Q1为工作在开关状态的调整管。 2.L和C组成滤波电路。 3.二极管D为续流二极管(常用Schottky Diode)。 4.脉冲宽度调制电路由一个比较器和一个三角波振荡器组成。 5.运放作为比较放大电路(Error Amplifier),又称误差放大器。 6.基准电源产生一个基准电压Uref。 7.电阻R1,R2,VR组成电压采样电路（反馈电路）。 　電路中各點的波形 图3 　　當Ub為高電平時，開關調整管飽和導通，此時發射極電流Ie 流過電感和負載電阻，向負載提供輸出電壓，同時將能量儲存在電感 L 的磁場中。由于開關調整管VT飽和導通，因此發射極電位為： 　Ue = Uin – Uces 　　上式中Uin為直流輸入電壓， Uces為三極管的飽和管壓降。由于Ue的極性為上正下負，二極管VD被反向偏置，不能導通，故此時二極管不起作用。 　　當Ub 為低電平時，開關調整管截止，Ie = 0.但電感具有維持流過電流不變的特性（楞次定律），此時將儲存的能量釋放出來，在電感上產生的反電勢使電流通過負載和二極管繼續流通，因此，二極管D稱為續流二極管。此時調整管發射極的電位為： 　Ue= - Ud 　　＊Ud為續流二極管的正向導通電壓 　　由图3可見，調整管處于開關工作狀態，它的發射極電位Ue也是高、低電平交替的脈沖波形。但是，經過LC濾波電路以後，在負載上可以得到比較平滑的輸出電壓 Uo。 　　在理想情況下，輸出電壓 Uo 的平均值Uo即是調整管發射極電壓Ue的平均值。 因三極管的飽和管壓降Uces以及二極管的正向導通電壓 Ud的值均很小，與直流輸入電壓Uin相比通常可以忽略，則上式可近似表示為: (T1/T2)Ui=D * Uin 上式中之D為脈沖波形Ue的占空比。由上式可知，在一定的直流輸入電壓Uin之下，占空比D的值愈大，則開關型穩壓電路的輸出電壓Uo愈大。