升压型DC-DC工作原理及应用指南
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DC-DC升压电路原理与应用目前,在手机应用电路中,通常需要通过升压电路来驱动闪光灯模组的LED或者是显示屏背光的LED,并且通常可以根据不同情况下的需求,调节LED的明暗程度。
一般的LED驱动电路可以分成二种,一种是并联驱动,采用电容型的电荷泵倍压原理,所有的LED负载是并联连接的形式;另一种是串联驱动,采用电感型DC-DC升压转换原理,所有的LED负载是串联连接的形式。
这类应用电路中采用的升压器件有体积小,效率高的优点,而且大多数是采用SOT23-5L或者SOT23-6L 的封装,外加少量阻容感器件,占用电路板很小的空间。
在此,结合具体器件的使用情况,介绍这两种升压器件的工作原理和应用。
电容型的电荷泵倍压原理的介绍以AnalogicTech公司的升压器件AAT3110为例,介绍电容型的电荷泵升压电路的工作原理和应用。
器件AAT3110采用SOT23-6L的封装,输出电压4.5V,适用于常态输出电流不大于100mA,瞬态峰值电流不大于250mA的并联LED负载,具体应用电路图,如图1所示。
事先表达一下有关两倍升压模式电荷泵的工作原理。
AAT3110的工作原理框图,如图1、2所示,AAT3110使用一个开关电容电荷泵来升高输入电压,从而得到一个稳定的输出电压。
AAT3110内部通过一个分割电阻网络取样电荷泵输出电压和内部参考电压进展比拟,并由此调节输出电压。
当分割电阻网络取样电压低于内部比拟器控制的预设点(Trip Point)时,翻开双倍电路开关。
电荷泵以两个不重叠的阶段循环开关四个内部开关。
在第一个阶段,开关S1和S4关闭并且S2和S3翻开,使快速电容器CFLY充电到一个近似等于输入电压VIN的电压。
在第二个阶段,开关S1和S4翻开并且S2和S3关闭。
在第一阶段时,快速电容器CFLY的负极接地。
在第二个阶段时,快速电容器CFLY的负极则连接到了VIN。
这样使得快速电容器CFLY正极的电压就升高到了2*VIN,并且通过一个开关连接到输出。
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DCDC升压开关电源设计DC-DC升压开关电源是一种常见的电源设计,它可以将输入电压升压到指定的输出电压。
本文将介绍DC-DC升压开关电源的基本原理、设计步骤以及注意事项。
一、DC-DC升压开关电源的基本原理DC-DC升压开关电源通过开关器件实现输入电压的升压。
其基本原理是电感储能和开关器件的周期开关。
当电源输入电压施加给开关器件时,开关器件导通,电感器件开始储能;当开关器件断开时,电感器件将储存的能量输出,并经过整流滤波后得到稳定的输出电压。
二、DC-DC升压开关电源的设计步骤1.确定输入输出电压:首先确定所需的输入和输出电压。
输入电压一般来自电池、交流电源或其他直流电源,而输出电压则是升压后的电压。
2.选择开关器件:根据所需的转换功率和输出电压,选择合适的开关器件。
常用的开关器件有MOSFET和IGBT,选择开关器件时要考虑其导通电阻、开关速度和功耗等因素。
3.选择电感器件:电感器件用于储存能量,可以选择磁性材料制成的线圈或铁氧体等。
选择合适的电感器件要考虑其电感值、饱和电流和损耗等因素。
4.计算元件参数:根据输入输出电压和所选的开关器件和电感器件,计算所需的元件参数。
包括电容器的容值、电感器件的电感值以及开关器件的参数,例如导通电阻和开关频率等。
5.设计控制电路:根据所选的开关器件类型,设计适配的控制电路。
常用的控制电路包括PWM控制电路、反馈电路和过压保护电路等。
6.进行仿真和优化:使用电路仿真软件进行仿真,验证设计的可行性,并根据仿真结果进行优化。
7.PCB布局设计:根据设计的电路图,进行PCB布局设计,保证电路的稳定性和可靠性。
8.制作原型并测试:将设计的电路制作成原型,进行测试以验证其性能和可靠性。
三、DC-DC升压开关电源设计的注意事项1.开关器件选型要合适,能够承受所需的转换功率和工作频率,同时保持较低的导通电阻和开关损耗。
2.电感器件的选用要符合电路的工作频率和最大电流需求,避免电感器件的饱和和损耗过大。
DCDC升压电路原理与应用DC-DC升压电路是将直流电源的电压升高到所需的电压水平的电路。
它通常由开关元件、能储能元件(如电感、电容器)和控制电路组成。
升压电路的工作原理是:当直流电源输入到开关元件(如MOSFET)时打开,电流流过能储能元件(如电感),此时能储能元件存储了一定的能量;当开关元件关闭时,能储能元件上存储的能量将释放到输出负载上,通过控制电路调整开关元件的开关频率和占空比,就可以得到所需要的升压电压。
升压电路的应用非常广泛,下面介绍几个常见的应用场景:1.供电系统:由于电网的电压波动和传输损耗,远距离供电会导致电压下降,因此需要使用升压电路将电压升高,以确保合适的电压供电给负载设备。
这种应用场景常见于现代家庭、工业厂房、交通信号灯等。
2.电动车充电:电动车的电池通常需要较高的电压进行充电,而充电站提供的电压通常较低。
因此,在充电过程中需要使用升压电路将电压升高以适应电池的充电需求。
3.汽车点火系统:汽车点火系统通常需要高电压来产生火花放电,点燃汽油混合气体。
但是汽车电池的输出电压较低,所以需要使用升压电路将电压升高以满足点火系统的要求。
4.太阳能系统:太阳能电池组输出直流电压,但在实际应用中,往往需要更高的电压进行输送或存储。
因此,太阳能系统中经常使用升压电路来提升电压。
5.电子设备供电:在一些小型电子设备中,为了满足高压输入电缆的要求,需要使用升压电路将低电压升高。
这样可以减少电缆的尺寸和重量,提高设备的便携性。
总之,DC-DC升压电路是一种重要的电子设备,可以将低电压升高到所需的电压水平,广泛应用于电力系统、电动车、汽车点火系统、太阳能系统等领域。
通过控制电路调整开关元件的开关频率和占空比,可以实现电压的稳定输出。
电感式DC-DC升压器理论与设计技术知识(图文并茂)一、电感式DC-DC升压器理论技术知识1、电感式DC-DC升压器工作原理:想要充分理解电感式升压原理,就必须知道电感的特性,包括电磁转换与磁储能。
这个图是电池对一个电感(线圈)通电,电感有一个特性---电磁转换,电可以变成磁,磁也可以变回电。
当通电瞬间,电会变为磁并以磁的形式储存在电感内。
而断电瞬磁会变成电,从电感中释放出来。
然而问题来了,断电后,回路已经断开,电流无处可以,磁如何转换成电流呢?很简单,电感两端会出现高压,如果电感线圈的自感系数很大,那么自感电动势就会很大,在很大的电势差之间的空隙,会产生很强的电场,甚至会击穿空气,发生放电现象。
附近若有人,会对其造成一定危险,如果附近有易燃物质,就有发生着火的危险。
这样,我们也理解了电感的第二个特性----升压特性。
当回路断开时,电感内的能量会以高电压的形式变换回电。
2、以上内容小结:下面是正压发生器,你不停地扳动开关,从图中节点处可以得到无穷高的正电压。
电压到底升到多高,取决于你在二极管的另一端接了什么东西让电流有处可去。
如果什么也不接,电流就无处可去,于是电压会升到足够高,将开关击穿,能量以热的形式消耗掉。
然后是负压发生器,你不停地扳动开关,从图中节点处可以得到无穷高的负电压。
二、电感式DC-DC升压器电路设计技术知识1、电路图设计:上面说的都是理论,现在来点实际的电路,看看DC-DC升压电路的最小系统到底是什么样子。
你可以清楚看到演变,电路中把开关换成了三极管,用固定频率的方波控制三极管的开关就能实现升压。
不要小看这两个图,事实上,所有开关电源都是由这两个图组合变换而来的。
2、磁饱合问题:电感可以储存能量,将能量以磁场方式保存,但能存多少,存满之后会发生什么情况呢?1)、最大磁通量,这个参数表示电感能存多少能量,根据这个参数你可以算出一个电感要提供n伏m安电流时必须工作于多高的频率下。
2)、存满之后会如何?这就是磁饱合的问题。
降压- 升压转换器,也称为升压型DC-DC 转换器,是一种能够在输入电压和输出电压之间实现双向电压变换的电源电路。
它主要由四个部分组成:输入滤波器、开关管、输出滤波器和电感器。
以下是降压- 升压转换器的工作原理:1. 输入滤波器:输入滤波器主要由电容和电感组成,用于过滤输入电压的噪声和纹波,确保输入电压的稳定性。
2. 开关管:开关管(如MOSFET)是降压- 升压转换器的核心部分,负责在输入电压和输出电压之间进行电压调节。
在开关管的控制下,输入电压的一部分能量被传递到输出电压,从而实现电压的升高。
3. 输出滤波器:输出滤波器主要由电容和电感组成,用于平滑输出电压的波形,降低输出电压的纹波和噪声。
4. 电感器:电感器在降压- 升压转换器中起到储能和传递能量的作用。
在开关管导通时,电感器储存输入电压的能量;在开关管断开时,电感器将储存的能量传递给输出电压。
降压- 升压转换器的工作过程如下:1. 开关管导通:当输入电压处于正向时,开关管导通,输入电压的一部分能量通过电感器储存,同时输出电压开始上升。
2. 开关管断开:当输入电压达到目标值时,开关管断开,此时电感器内的电流开始通过输出滤波器的电容放电,使输出电压保持稳定。
3. 输出电压调整:通过控制开关管的导通和断开时间,可以实现输出电压的调整。
当需要降低输出电压时,可以增加开关管的导通时间;当需要提高输出电压时,可以减少开关管的导通时间。
4. 循环过程:降压- 升压转换器在输入电压和输出电压之间不断进行电压变换,以满足不同应用场景的需求。
降压- 升压转换器通过开关管、电感器和输出滤波器的协同作用,实现了在输入电压和输出电压之间的双向电压变换,为各种电子设备提供了稳定的电源。
BOOST升压电路中:电感的作用:是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件,当MOS 开关管闭合后,电感将电能转换为磁场能储存起来,当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能,且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载,由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的,所以输出电压高于输入电压,既升压过程的完成;肖特基二极管主要起隔离作用,即在MOS开关管闭合时,肖特基二极管的正极电压比负极电压低,此时二极管反偏截止,使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电;因在MOS管断开时,两种叠加后的能量通过二极向负载供电,此时二极管正向导通,要求其正向压降越小越好,尽量使更多的能量供给到负载端!!电感升压原理:什么是电感型升压DC/DC转换器?如图1所示为简化的电感型DC-DC转换器电路,闭合开关会引起通过电感的电流增加。
打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容。
因储存来自电感的电流,多个开关周期以后输出电容的电压升高,结果输出电压高于输入电压。
电感型升压转换器应用在哪些场合?电感型升压转换器的一个主要应用领域是为白光LED供电,该白光LED能为电池供电系统的液晶显示(LCD)面板提供背光。
在需要提升电压的通用直流-直流电压稳压器中也可使用。
决定电感型升压的DC-DC转换器输出电压的因素是什么?在图2所示的实际电路中,带集成功率MOSFET的IC代替了机械开关,MOSFET的开、关由脉宽调制(PWM)电路控制。
输出电压始终由PWM占空比决定,占空比为50%时,输出电压为输入电压的两倍。
将电压提高一倍会使输入电流大小达到输出电流的两倍,对实际的有损耗电路,输入电流还要稍高。
电感值如何影响电感型升压转换器的性能?因为电感值影响输入和输出纹波电压和电流,所以电感的选择是感性电压转换器设计的关键。
等效串联电阻值低的电感,其功率转换效率最佳。
要对电感饱和电流额定值进行选择,使其大于电路的稳态电感电流峰值。
dc-dc升压电路工作原理
DC-DC升压电路是一种将直流电压提升到更高电压的电路。
其工作原理基于一个重要的电子器件——升压变换器。
在DC-DC升压电路中,升压变换器通常采用两个关键元件:开关管和电感。
开关管可以是晶体管或MOSFET,它根据控制信号来开关电路。
电感则负责储存能量和平滑电流。
工作原理如下:
1. 开关管关闭:当开关管关闭时,输入电压通过电感和输出负载形成一个回路。
此时电感储存能量,同时输出电压为0。
2. 开关管开启:当开关管开启时,电感中储存的能量开始释放。
由于电感的特性,电流无法突变,而是以一个相对较小的斜率增加。
这导致了电感两端电压的上升。
3. 能量传输:在开关管开启期间,电感储存的能量被输出至输出负载。
输出负载中的电容会平滑输出电压,并保持稳定。
4. 重复过程:开关管周期性地切换,使电感能够储存和释放能量,从而实现稳定的升压效果。
需要注意的是,DC-DC升压电路还可以通过调整开关管的开启和关闭时间来控制输出电压的大小。
此外,电感和电容的数值也会对输出电压进行影响。
总结起来,DC-DC升压电路通过周期性地切换开关管,利用电感储存和释放能量,实现将输入直流电压提升到更高电压的功能。
DCDC电源应用指南DC-DC电源是一种用于将直流电压转换为另一种不同电压级别的电源设备。
它广泛应用于各种电子设备中,是电子产品中不可或缺的重要组成部分。
本文将为您介绍DC-DC电源的应用指南。
一、DC-DC电源的基本原理DC-DC电源通过电压转换器实现将输入电压转换为所需的输出电压。
其基本原理是利用电压转换器中的开关管(如MOSFET)进行开合操作,通过改变电流的通断来改变电压的转换比例。
常见的DC-DC电源拓扑结构有升压(Boost)、降压(Buck)、升降压(Buck-Boost)等类型。
二、DC-DC电源的应用场景1.电子产品DC-DC电源广泛应用于各种电子产品中,如智能手机、平板电脑、数码相机等。
在这些设备中,由于需要不同的电压级别来驱动各个电子元件,DC-DC电源能够有效地将电池提供的低压电能转换为所需的各种工作电压。
2.通信技术在通信领域中,由于电信设备对供电电压的要求比较严格,要求电压纹波小、输出精度高,因此DC-DC电源被广泛应用于无线基站、光纤传输设备、调制解调器等设备中。
3.工业控制在工业控制领域中,由于环境复杂多变,对电源可靠性和稳定性的要求较高。
DC-DC电源能够提供高效、稳定的电源转换,因此在PLC、DCS等工控设备中得到了广泛应用。
4.汽车电子汽车电子设备对电源的要求也比较高,要求具备较高的抗干扰能力和温度适应能力。
DC-DC电源能够在不同的负载变化和温度环境下保持输出稳定,因此被广泛用于汽车导航、车载娱乐系统等设备中。
5.新能源领域在新能源领域中,如太阳能、风能等,直流电能的利用率较高。
DC-DC电源能够将不同电压级别的直流电能进行转换,使其适配不同的电子设备,实现能源的高效利用。
三、DC-DC电源选择的注意事项1.输出电压和电流选择DC-DC电源时需根据实际需求确定输出电压和电流的大小。
应根据待供电设备的工作电压和电流要求确定DC-DC电源的输出参数。
2.效率和稳定性DC-DC电源的效率和稳定性对设备的性能和寿命有着重要影响。
精心整理DC-DC升压电路原理与应用目前,在手机应用电路中,通常需要通过升压电路来驱动闪光灯模组的LED或者是显示屏背光的LED,并且通常可以根据不同情况下的需求,调节LED的明暗程度。
一般的LED驱动电路可以分成二种,一种是并联驱动,采用电容型的电荷泵倍压原理,所有的LED负载是并联连接的形式;另一种是串联驱动,采用电感型DC-DC升压转换原理,所有的LED负载是串联连接的形式。
这类应用电路中采用的升压器件有体积小,效率高的优点,而且大多数是采用SOT23-5L或者SOT23-6L的封装,外加少量阻容感器件,占用电路板很小的空间。
在此,结合具体器件的使用情况,介绍这两种升压器件的工作原理和应用。
电容型的电荷泵倍压原理的介绍以AnalogicTech 公司的升压器件AAT3110为例,介绍电容型的电荷泵升压电路的工作原理和应用。
器件AAT3110采用SOT23-6L的封装,输出电压4.5V,适用于常态输出电流不大于100mA,瞬态峰值电流不大于250mA的并联LED 负载,具体应用电路图,如图1所示。
事先叙述一下有关两倍升压模式电荷泵的工作原理。
AAT3110的工作原理框图,如图1、2所示,AAT3110使用一个开关电容电荷泵来升高输入电压,从而得到一个稳定的输出电压。
AAT3110内部通过一个分割电阻网络取样电荷泵输出电压和内部参考电压进行比较,并由此调节输出电压。
当分割电阻网络取样电压低于内部比较器控制的预设点(TripPoint)时,打开双倍电路开关。
电荷泵以两个不重叠的阶段循环开关四个内部开关。
在第一个阶段,开关S1和S4关闭并且S2和S3打开,使快速电容器CFLY充电到一个近似等于输入电压VIN的电压。
在第二个阶段,开关S1和S4打开并且S2和S3关闭。
在第一阶段时,快速电容器CFLY 的负极接地。
在第二个阶段时,快速电容器CFLY的负极则连接到了VIN。
这样使得快速电容器CFLY正极的电压就升高到了2*VIN,并且通过一个开关连接到输出。
dc dc升压原理
DC-DC升压原理是指将直流输入电压升高到需要的输出电压的过程。
在直流电路中,使用升压转换器可以实现电能的转换和调节。
升压转换器通常由以下几个部分组成:输入电源、开关管、电感、功率二极管、输出滤波电感和输出滤波电容。
整体上,升压转换器以开关管为关键元件。
开关管作为电流开关,周期性地开关通道,将电能储存到电感中,并将电能输出。
升压转换器工作原理如下:
1. 输入电压施加到开关管,使之导通,电感通过电流变化储存电能。
2. 开关管关闭时,电感上的电势会尝试保持不变,这将导致电感两端产生高电压。
3. 高电压通过功率二极管传递到电容中,此时电容储存了一定的电能。
4. 输出电路从电容器中取出所需的电能。
整个过程中,开关管通过调节导通和关闭时间比例,可以控制输出电压大小和稳定性。
同时,电感的作用在于储存电能,防止电流的突变,使得输出电压更加稳定。
需要注意的是,升压转换器的效率会受到多个因素影响,如开关管的特性、电感的特性以及电流波动情况等。
因此,在设计和选择升压转换器时,需要综合考虑这些因素,以实现最佳的升压效果和能量转换效率。
升压型DC-DC转换器SP66446645及其应用升压型DC-DC转换器SP6644/6645及其应用摘要:SP6644/6645是Spice公司生产的一种性价比极高的低功耗压升压型DC-DC转换器。
该器件可广泛应用于传呼机、遥控装置、定点设置、医疗监视器等低功耗便携式终端产品的电源系统中。
文中介绍了SP6644//6645的一般结构、使用技巧及其性能特点,给出了SP6644/6645典型应用电路及外接元件的参数选择方法。
关键词:DC-DCSP6644/6645低功耗升压PFM1引言目前,各类小功耗消费电子产品及便携式仪器仪表已得到广泛的应用,其中电源构成是其整体设计中极为关键的一环。
对此类电源的设计除要求有特定的输入输出电压电流等级外,还需要其具有噪声低、纹波小、体积小、效率高以及一定的.抗干扰和抗电磁兼容等特性,同时,还往往要求其能够长期稳定可靠地工作。
SP6644/6645是Spice公司生产的一种高效、低功耗升压型DC-DC变换器,它是目前仅有的能适用于采用一个碱性电池供电的性价比极高的转换器。
因而在诸如传呼机、遥控装置、定点设备、医疗监视器等低功耗便携式终端产品中得到广泛应用。
SP6646/6645采用μSOIC微小封装,只需很少的外围元件即可将一节电池的电压从0.98~1.5V提升至2~5.5V,而且具有纹波上、效率高、性价比极高等优点,能很好地满足低压类升压器件的市场需求。
图1SP6644/6645内部电路结构图2结构与工作原理SP6644/6645的内部结构如图1所示,该装置内含一个0.8Ω的同步整流器和一个0.5Ω的N沟道MOSFET功率开关,同时带有内部参考电压、PFM(脉冲频率调制)电路及低电压比较器。
SP6644/6645管脚功能如下:VBATT:电池电源输入端,该引脚在IC内部和低电压比较器的输入端相连接。
BATTLO:漏极开路低电池输出端。
当SP6644(SP6645)的输入电压低于1V(2V)时,此引脚具吸收电流的作用。
dcdc升压电路原理DCDC升压电路原理。
DCDC升压电路是一种常见的电路结构,用于将输入电压升高到所需的输出电压。
它在各种电子设备中都有广泛的应用,如移动电源、充电器、LED驱动器等。
本文将介绍DCDC升压电路的原理及其工作特点。
DCDC升压电路的基本原理是利用电感储能和开关管的导通与关断来实现电压的升高。
在工作时,当开关管导通时,电感储能,此时电感两端的电压上升;当开关管关断时,电感释放储能,电压上升,从而实现电压的升高。
DCDC升压电路主要由输入滤波电路、升压转换电路和输出滤波电路三部分组成。
输入滤波电路用于滤除输入电压中的杂波和干扰,保证升压电路的稳定工作;升压转换电路是核心部分,实现了电压的升高;输出滤波电路用于滤除输出电压中的纹波和杂波,保证输出电压的纯净和稳定。
在DCDC升压电路中,开关管的导通与关断由控制电路来实现。
控制电路根据输出电压的变化情况,控制开关管的导通与关断,从而实现对输出电压的稳定调节。
控制电路通常采用PWM(脉宽调制)技术,通过调节开关管的导通时间比例来实现对输出电压的调节。
DCDC升压电路还有一个重要的参数——升压倍数。
升压倍数是指输出电压与输入电压的比值,它决定了电路的升压能力。
通常情况下,升压倍数越大,电路的升压能力越强,但同时也会带来更大的损耗和更高的成本。
在设计DCDC升压电路时,需要考虑诸多因素,如输入电压范围、输出电压稳定性、效率、升压倍数、成本等。
合理的设计能够兼顾这些因素,实现电路的稳定工作和高效性能。
总的来说,DCDC升压电路是一种常见且重要的电路结构,它通过电感储能和开关管的控制,实现了输入电压到输出电压的升高。
在实际应用中,需要综合考虑各种因素,合理设计电路,才能实现稳定、高效的工作。
希望本文对你理解DCDC升压电路的原理有所帮助。
升压型DC-DC转换电路工作原理
升压型DC-DC转换电路工作原理
DC-DC转换器分为三类:Boost升压型DC-DC转换器、BUCK降压型DC-DC转换器以及Boost-BUCK升降压型DC-DC转换器三种,如果电路低压采用DC-DC转换电路,应该是Boost升压型DC-DC转换电路,并且输入电压、输出电压都是直流电压,而且输入电压比输出电压低,基本拓扑结构如图
工作原理分为两个步骤:
步骤一:如图回路1,开关管闭合(MOS管导通,相当于一根导线),这时输入的直流电压流过电感L。
二极管D1作用是防止电容C对地放电,同时起到续流作用。
由于输入的电压是直流电,因此电感上的电流以一定的比率线性的增加,这个比率跟电感因素有关,随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。
步骤二:如图回路二,当开关管断开时候,由于电感的电流不能突变,也就是说流经电感L的电流不会马上变为零,而是缓慢的由充电完毕时的值变为零,这需要一个过程,而原来的电路回路已经断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容C2充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了,升压过程中,电容要足够大,这样在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流,这两个步骤不断重复,在输出两端就得到高于输入电压的电压。
实际电路实例如下图
电感式DC-DC的升压器原理
电感是我们在变压器设计当中较长使用的一种元件,它的主要作用是把电能转化为磁能再存储起来。
需要注意的是,虽然电感的结构类似于变压器,但是其只有一个绕组。
本篇文章主要介绍了电感式DC-DC的升压器原理,并且本文属于基础性质,适合那些对电感的。
DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。
开关电源,指利用电容、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。
我们常用的DC-DC产品有两种。
一种为电荷泵(Charge Pump),一种为电感储能DC-DC转换器。
本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。
目录一.1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二.电感式DC/DC1. 工作原理(BUCK)2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与 BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能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。
1. 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V out ,经R1,R2分压得到电压V2,与基准电压V REF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。
2. 倍压模式如何产生以1.5x mode为例讲解:电压转换分两个阶段完成。
DC/DC 升压型应用1.工作原理基本工作原理图如图一:图一图二当开关管导通时(图二),电路中有两个电流回路。
如图所示。
此时,流过电感的电流不断增大,电感储能,电感产生电动势(左为正),二极管截止;另一回路中,输出电容放电,释放能量,供给负载,电荷量减少。
图三当开关管断开时(图三),电感中流过的电流有减小的趋势,电感产生反向电动势(右为正)阻碍电流的减小,使二极管导通,对输出电容充电,电感释放能量。
电容上的电压(即输出电压)可达到超过输入电压,达到升压的效果。
在一个周期内,输出电压往往达不到设定值,这时,则通过输出取样反馈调整占空比,具体对未达到设定值这种情况,就是增大占空比,延长开关管导通时间,(开关管导通,电感储能),那么在这个周期内输出电压升高。
若达到最大占空比仍还没达到设定值,开关管ON状态便强制结束,在下一个周期维持大占空比,使输出电压继续升高。
如此往复,直到达到设定值。
类似的,若输出超过设定值,则通过输出取样反馈减小占空比,延长开关管关断时间,输出电压减小,同样,若调到最小占空比,输出电压仍未降到设定值,,开关管OFF状态强制结束,在下一个周期继续维持小占空比,使输出电压下降。
如此往复,直到达到设定值。
最后的结果就是输出电压在设定值处微小范围内上下浮动。
2. 输出电流和功率:在升压应用中,输出负载电流和开关管电流的大小并不相等。
最大负载电 流必须小于开关管的额定电流。
总输入功率等于输入电压乘以最大平均输入电流。
由于输出电压高于输入电压,输出电流必小于输入电流。
3. 工作波形输出电压 out v =offin t T v 。
由输出公式可知,调整占空比可对输出电压进行控制。
4. 控制方式:a )电压模式控制:仅对输出电压取样。
在电压模式控制中,变换器的占空因数正比于实际输出电压与理想输出电压之间的误差差值。
电压模式控制只响应(调节变换器的占空因数)输出(负载)电压的变化。
这意味着变换器为了响应负载电流或输入线电压的变化,它必须“等待”负载电压(负载调整)的相应变化。
dcdc升压电路工作原理DC-DC升压电路工作原理概述DC-DC升压电路是一种将低电压转换为高电压的电路,其主要应用于各种电子设备中。
本文将详细介绍DC-DC升压电路的工作原理。
基本原理DC-DC升压电路的基本原理是利用变换器将输入直流电源的电压转换为输出直流电源所需的高电压。
变换器由两个部分组成:一个开关和一个储能元件。
开关周期性地打开和关闭,使得储能元件在开关关闭时充电,在开关打开时放出能量,从而将输入直流电源的低电压转换为输出直流电源所需的高电压。
具体实现1. 传统升压转换器传统升压转换器主要由四个元件组成:输入滤波器、PWM控制芯片、功率MOS管和输出滤波器。
输入滤波器用于过滤输入直流信号中的杂波和噪声,以保证PWM控制芯片正常工作。
PWM控制芯片根据输出信号与参考信号之间的误差来调整MOS管的导通时间,从而实现对输出信号进行调节。
功率MOS管用于控制电流的开关,将输入信号转换为输出信号。
输出滤波器用于过滤输出信号中的杂波和噪声,以保证输出信号的稳定性和纯度。
2. 开关电容升压转换器开关电容升压转换器是一种基于电容储能原理的DC-DC升压电路。
其主要由开关管、电感和电容组成。
在开关管导通时,电容通过电感放出储存的能量,从而将输入直流信号转换为高压输出信号。
在开关管断开时,电容通过二极管回路充电,并且维持着一定的输出功率。
3. 开关磁阻升压转换器开关磁阻升压转换器是一种基于磁阻效应实现DC-DC升压转换的技术。
其主要由四个元件组成:输入滤波器、PWM控制芯片、功率MOS管和输出滤波器。
与传统升压转换器不同之处在于,它使用了磁阻元件来代替传统的电感元件。
当PWM控制芯片将功率MOS管导通时,磁阻元件开始工作并产生一个高频振荡场,从而将输入直流信号转换为高压输出信号。
总结DC-DC升压电路是一种重要的电子设备,其主要应用于各种电子设备中。
本文介绍了DC-DC升压电路的基本原理和具体实现方法,包括传统升压转换器、开关电容升压转换器和开关磁阻升压转换器。
DC/DC 升压型应用
1.工作原理
基本工作原理图如图一:
图一
图二
当开关管导通时(图二),电路中有两个电流回路。
如图所示。
此时,流过电感的电流不断增大,电感储能,电感产生电动势(左为正),二极管截止;另一回路中,输出电容放电,释放能量,供给负载,电荷量减少。
图三
当开关管断开时(图三),电感中流过的电流有减小的趋势,电感产生反向电动势(右为正)阻碍电流的减小,使二极管导通,对输出电容充电,电感释放能量。
电容上的电压(即输出电压)可达到超过输入电压,达到升压的效果。
在一个周期内,输出电压往往达不到设定值,这时,则通过输出取样反馈调整占空比,具体对未达到设定值这种情况,就是增大占空比,延长开关管导通时间,(开关管导通,电感储能),那么在这个周期内输出电压升高。
若达到最大占空比仍还没达到设定值,开关管ON状态便强制结束,在下一个周期维持大占空比,使输出电压继续升高。
如此往复,直到达到设定值。
类似的,若输出超过设定值,则通过输出取样反馈减小占空比,延长开关管关断时间,输出电压减小,同样,若调到最小占空比,输出电压仍未降到设定值,,开关管OFF状态强制结束,在下一个周期继续维持小占空比,使输出电压下降。
如此往复,直到达到设定值。
最后的结果就是输出电压在设定值处微小范围内上下浮动。
2. 输出电流和功率:
在升压应用中,输出负载电流和开关管电流的大小并不相等。
最大负载电 流必须小于开关管的额定电流。
总输入功率等于输入电压乘以最大平均输入电流。
由于输出电压高于输入电压,输出电流必小于输入电流。
3. 工作波形
输出电压 out v =off
in t T v 。
由输出公式可知,调整占空比可对输出电压进行控制。
4. 控制方式:
a )电压模式控制:
仅对输出电压取样。
在电压模式控制中,变换器的占空因数正比于实际输出电压与理想输出电压之间的误差差值。
电压模式控制只响应(调节变换器的占空因数)输出(负载)电压的变化。
这意味着变换器为了响应负载电流或输入线电压的变化,它必须“等待”负载电压(负载调整)的相应变化。
这种等待/延迟会影响变换器的稳压特性,通常“等待”是一个或多个开关周期。
负载或输入电压扰动会产生相应(尽管不一定成比例)的输出电压干扰。
优点:对输出电压的变化响应良好。
缺点:对输入电压的变化响应迟缓。
MC34060A 、MC34166、TL494均采用的这种方式。
b )电流模式控制:
对输出电压取样,并对电感或变压器中的电流取样。
电流模式控制中,占空因数正比于额定输出电压与变换器控制电流函数之间的误差差值。
控制电流可以是非隔离拓扑结构中的开关电流或隔离拓扑结构中的变压器初级电流。
电流模式控制把变换器分成两条控制环路——电流控制通过内部控制环路而电压控制通过外部控制环路。
其结果在逐个开关脉冲上不仅仅可以响应负载电压的变化而且也可响应电流的变化。
外(电压)控制环路设置阈值,而在内(电流)环路调整开关或初级电路中的峰值电流。
从而电流模式控制具有比电压模式控制更优越的电源电压和负载调整特性。
优点:控制速度快, 有良好的瞬间响应,对输入和输出的变化均能响应。
UC3842/3/4/5、MC34023、MC34025、MC34129采用这种控制方式。
c )门控振荡器控制
UA78S40、MC34063A 、MC34163采用这种方式。
5.参数选取:
以MC34063A 的升压应用来说明。
输入in V =12V ±10%,输出out V =28V ,out I =175mA 。
)(p p ripple V =40mV 。
min f =60KHz 。
各参数计算选择如下: off on t t =sat in in fd out V V V V V __(min)(min)+=8.0_8.108.10_6.028v v +=1.78 off on t t +(max)=min
1f =310*601=16.67us off t =1
(max )++off on
off on t t t t =178.110*67.166_+=6us on t =1.78*6us=10.7us
T C =(m ax )5_*10*4on t =6_5_10*7.10*10*4=428pF 。
取T C =470pF 。
最大开关电流:
)(switch pk I =)
1(2+off on out t t I =2*0.175(1.78+1)=973mA 。
(min)L =(max ))
((min)*)_(on switch pk sat in t I V V =6_3_10*7.10*)10*9738.0_8.10(=110uH 。
取L=170uH 。
限流电阻的选取:
计算当输入电压最大时的)(switch pk I
)('
switch pk I =(max)(max)*)_(on sat in t L V V =6_6_10*7.10*)10*1708.0_2.13(=780mA 。
sc R =)('
33.0switch pk I =78
.033.0=0.423Ω 取sc R =0.33Ω
输出电容out C :
out C =)
(*p p ripple on out V t I =3_6
_10*4010*7.10*175.0=46.8uF 。
理论上选取这个容量的电量就可以满足要求了。
考虑电容本身的ESR 影响和比较器产生的纹波
比较器产生的纹波:
)(com ripple V =3_10*5.1*)(REF
out V V =3_10*5.1*)25.128(=33.6mV 。
选取合适ESR 的电容,所需的电容的ESR 可根据下式计算: ESR=)
(3
_)(10*5.1*)_(*)_(switch pk REF out on out out p p
ripple I V V t C I V 取out C =470uF ,该电容ESR 应为0.003Ω。
一般情况下,输出电容按下式选取:
out C =)
(**9p p ripple on out V t I
6.其他应注意的问题:
A )。
输出缓冲电路
用于减小输出的尖峰电压,用串联RC 并联到输出端。
缓冲电路最大功耗为max 015.0O SN P P =
T P CV SN IN ⨯=2max 2
1 π
16T RC = 由上三式可选定RC 缓冲电路。
B)。
输出滤波电路
为减小纹波,输出端可加L-C滤波电路。
C)。
限流电阻过大会造成输出电压偏低。
D)。
输出电容过小会造成输出电压偏低。
E)。
选择合适的开关频率。
过小,输出电压不稳,过大则易造成干扰。
一般选取在50~60kHz。
F)。
选用高精度的分压电阻。