电路设计-开关电源电路
开关电源电路,主要有升压型,降压型,升降压型,主要是利用,MOS管的导通以及二极管的导通来实现功能的。
PS:电路小白,欢迎交流,有不对的地方多多指正。
目录
一、电路作用
开关电源电路,主要有升压型,降压型,升降压型,主要是利用,MOS管的导通以及二极管的导通来实现功能的。
二、典型电路
1.降压型(DC-DC BUCK)

图1
如图1所示就是模拟的BUCK电路,通过万用表测试我们发现输入电压12V时输出位2.868V实现了降压效果。
1.1工作原理
MOS管导通阶段:当MOS管导通时,输入电压Vin通过电感L1和MOS管流向输出端,同时给输出电容器C1充电,此时电感电流线性上升,电感储存能量,负载R3由输入电压和电感同时供电。
MOS管截止阶段:当MOS管截止时,电感电流不能突变,电感产生自感电动势,使得二极管D1导通,电感L1中的能量通过二极管D1继续流向输出端,为负载R3供电,同时输出电容C1也向负载放电,维持输出电压的稳定,此阶段电感电流线性下降.
1.2降压原理
通过调整MOS管导通时间的占空比可以调整输出电压的大小,占空比由导通时间除以开关周期确定,输出电压=占空比×
,,占空比越高,输出电压越接近输入电压,占空比越低,输出电压越低。
2.升压型(DC-DC BOOST)

图2
如图2所示就是模拟的BOOST电路,通过万用表测试我们发现输入电压5V时输出位9.467V实现了升压效果。
2.1工作原理
MOS管导通阶段:当MOS管导通时,输入电压 Vin 通过电感 L1 和 MOS管形成回路,电流在电感L1中线性上升,电感将电能转化为磁能储存起来,此时二极管 D1 反向截止,输出电压由电容 C1 提供给负载R2,电流路径为 Vin → L 1→ R2 → Q2→ 地,即图2中蓝色箭头
MOS管截止阶段:当 MOS管截止时,电感中的电流不能突变,根据楞次定律,电感L1会产生一个左负右正的自感电动势,该电动势与输入电压叠加后,通过二极管 D1向输出电容 C1 充电,并为负载R2提供电流,此时输出电压为电感释放的电压与输入电压之和,实现升压效果,电流路径为 Vin → L1 → D1 → R2→ 地。即图2中绿色箭头
2.2升压原理
BOOST电路的输出电压与输入电压和占空比有关,其关系 =
/(1-占空比),占空比越大,输出电压越高;占空比越小,输出电压越接近输入电压。
3.升压-降压型(DC-DC BOOST-BUCK)

图3

图4
如图3所示就是模拟的BOOST-BUCK电路的升压模式,通过万用表测试我们发现输入电压2V时输出位2.957V实现了升压效果。如图4所示就是模拟的BOOST-BUCK电路的降压模式,通过万用表测试我们发现输入电压2V时输出位1.481V实现了升压效果。
3.1工作原理
BOOST 阶段:
MOS管导通:当开关元件 MOS管导通时,输入电压 Vin 通过电感 L1 和 MOS管形成回路,电流在电感中线性上升,电感将电能转化为磁能储存起来,此时二极管 D1 反向截止,输出电压由电容 C 提供给负载,电流路径为 Vin → L → S → 地。
MOS管截止:当 MOSFET 截止时,电感中的电流不能突变,根据楞次定律,电感会产生一个左负右正的自感电动势,该电动势与输入电压叠加后,通过二极管 D 向输出电容 C 充电,并为负载提供电流,此时输出电压为电感释放的电压与输入电压之和,实现升压效果,电流路径为 L → D → 负载。
BUCK 阶段:
MOS管导通:当功率 MOSFET 闭合时,电源通过电感给负载供电,并将电能储存在电感 L 和输出电容中,由于电感 L 的自感,在开关闭合时,电流增大的比较缓慢,即输出不能立刻达到电源的电压值,电流路径为 Vin → L → S → 负载。
MOS管截止:当开关断开时,由于电感 L 的自感作用,将保持电路中的电流不变,即从左到右继续流。电流流过负载,从地返回,流到肖特基二极管的正极,经过二极管返回电感 L 的左端,从而形成一个回路,电流路径为 L → D → 负载。
3.2升压原理
BOOST电路的输出电压与输入电压和占空比有关,其关系 =
/(1-占空比),占空比越大,输出电压越高;占空比越小,输出电压越接近输入电压。
小结:
BUCK 电路:是一种降压电路,主要功能是将输入的直流电压降低为稳定的较低直流电压输出,以满足负载对较低电压的需求。
BOOST 电路:属于升压电路,其作用是把输入直流电压升高,输出一个高于输入电压的稳定直流电压,适用于需要高电压输出的场合。
BOOST - BUCK 电路:为升降压电路,兼具升压和降压功能,能够根据占空比的调节灵活地输出高于或低于输入电压的直流电压,可应对多种不同电压需求的负载。
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