DCDC电源类型分为两种,一种是隔离型,一种是非隔离型。 隔离式DCDC是指输出GND与输入GND无关,也成为浮动电源。 大多数常见的 DC-DC 芯片都是非隔离的。 隔离电源是双向的,也称为升压型和降压型。 非隔离电源分为升压型和降压型两种。
首先我们来说说非隔离DC-DC的原理。 此类电源分为Boost和Buck,即升压和降压两种模式。 首先分析DCDC降压电路:
Buck模式DCDC结构主要由输入电容、功率MOS管、PWM模块、肖特基二极管、功率电感、输出电容和输出调节电阻组成。 DCDC开关电源的结构方式决定了其输出噪声较大。
接下来我们分析一下工作原理。 当功率MOS(以下简称开关)闭合时,电源通过电感向负载供电,并将电能存储在电感L和输出电容中。 由于电感L的自感,当开关闭合时,电流增加相对缓慢,即输出不能立即达到电源的电压值。 经过一定时间后,开关关闭。 由于电感L的自感(可以想象电感中的电流有惯性效应),电路中的电流将保持不变,即继续从左向右流动。 电流流经负载,从地返回,流向肖特基二极管的阳极,再通过二极管返回电感L的左端,从而形成回路。 通过控制PWM的占空比可以控制输出电压。
在开关闭合期间,电感储存能量,在开通期间释放能量,因此电感L称为储能电感。 该二极管负责在开关开通期间为L提供电流通路,因此该二极管被称为续流二极管。 当开关闭合时,电压很小,因此加热功率U*I也会很小,这就是开关电源效率很高的原因。
通过这个原理,我们知道为什么在DCDC设计中,输出必须有一个大电容,以及为什么二极管和电感必须靠近IC。 而且DCDC的后级滤波一定要好,因为里面有开关频率。 接下来我们讲解一下升压DCDC电路:
基本模型如上图所示。 我们分析完Buck电路原理之后,对于BOOST应该就很清楚了。 同样,调整PWM的占空比就可以调整输出。 当PWM占空比为50%时,输出电压为输入电压。 2次,基本原理如下:
当开关导通时,输入电压流向电感,电感电流线性增加,电感储能增加,电源将电能传输至电感。
当开关关断时,电感电压等于输入电压减去输出电容的电压,电感电流减小,电感储能减小,电感储能将电能传输给负载。
通过这样的连续开关实现DCDC升压,但这种结构获得的电流比较小,通常为几百毫安,效率不高。