开关电源DC-DC buck和boost介绍
- 格式:ppt
- 大小:3.27 MB
- 文档页数:22
BUCK BOOST BUCK/BOOST电路的原理Buck变换器:也称降压式变换器,是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器.图中,Q为开关管,其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号,信号周期为Ts,则信号频率为f=1/Ts,导通时间为Ton,关断时间为Toff,则周期Ts=Ton+Toff,占空比Dy= Ton/Ts。
、Boost变换器:也称升压式变换器,是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器.开关管Q也为PWM控制方式,但最大占空比Dy必须限制,不允许在Dy=1的状态下工作.电感Lf在输入侧,称为升压电感。
Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式、Buck/Boost变换器:也称升降压式变换器,是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器,但其输出电压的极性与输入电压相反。
Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成,合并了开关管。
Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式,开关管Q也为PWM控制方式。
LDO的特点:①非常低的输入输出电压差②非常小的内部损耗③很小的温度漂移④很高的输出电压稳定度⑤很好的负载和线性调整率⑥很宽的工作温度范围⑦较宽的输入电压范围⑧外围电路非常简单,使用起来极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波.斩波器的工作方式有两种,一是脉宽调制方式Ts不变,改变ton(通用),二是频率调制方式,ton不变,改变Ts(易产生干扰)。
其具体的电路由以下几类:】(1)Buck电路—-降压斩波器,其输出平均电压U0小于输入电压Ui,极性相同。
(2)Boost电路——升压斩波器,其输出平均电压U0大于输入电压Ui,极性相同。
(3)Buck-Boost电路——降压或升压斩波器,其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui,极性相反,电感传输。
直流BUCK 和BOOST 斩波电路一、 B UCK 电路降压斩波电路(Buck Chopper)Q 为开关管,其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation 脉宽调制)信号,信号周期为Ts ,则信号频率为f=1/Ts ,导通时间为Ton ,关断时间为Toff ,则周期Ts=Ton+Toff ,占空比Dy= Ton/Ts 。
负载电压的平均值为:式中t on 为V 处于通态的时间,t off 为V 处于断态的时间,T 为开关周期,α为导通占空比,简称占空比或导通比(α=t on /T)。
由此可知,输出到负载的电压平均值U O 最大为U i ,若减小占空比α,则U O 随之减小,由于输出电压低于输入电压,故称该电路为降压斩波电路。
工作原理为:当在t on 状态时,电源为这个电路供电,并对电感和电容充电,负载电压缓慢上升到电源电压。
当t off 状态时,电源电压为断开状态,系统供电依靠电感和电容的储能供电。
所以是一个递减的电压。
所以系统的这个工作流程为,周期性的电源供电方式,而输出的负载的电源大小取决于周期中的占空比。
(a)电路图 (b)波形图(实验结果 )图1降压斩波电路的原理图及波形二、 B OOST 电路开关管Q 也为PWM 控制方式,但最大占空比Dy 必须限制,不允许在Dy=1的状态下工作。
电感Lf 在输入侧,称为升压电感。
Boost 变换器也有CCM 和DCM 两种工作方式升压斩波电路(Boost Chopper)U i I 1t on =(U O -U i ) I 1t offii on i off on on o aU U TtU t t t U ==+=U GE U D t t tU Ot on t of fT U iVDL C -+-+U EGC R 11U D +-上式中的T/t off ≥1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路。
工作原理当开关S 在位置a 时,如图2(a)所示电流iL 流过电感线圈L ,电流线性增加,电能以磁能形式储在电感线圈L 中。
最基本的斩波电路如图1所示,斩波器负载为R 。
当开关开关开关是最常见的电子元件,功能就是电路的接通和断开。
接通则电流可以通过,反之电流无法通过。
在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。
[全文]S 合上时,UOUT=UR=UIN ,并持t1时间。
当开关切断时UOUT =UR =0,并持续莎2时间,T =t1+t2为斩波器的工作周期,斩波器的输出波形如图1(b )所示。
定义斩波器的占空比D =t1/T ,t1,为斩波器导通时间,T 为通断周期。
通常斩波器的工作方式有两种:一是脉宽调制工作方式,即维持t1不变,改变T ;二是脉频调制工作方式,即维持T 不变,改变t1。
当占空比D 从0变到1时,输出电压的平均值从零变到UIN ,其等效,其等效电阻电阻电阻 电阻,物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。
电阻小的物质称为电导体,简称导体。
电阻大的物质称为电绝缘体,简称绝缘体。
[全文]也随着D 而变化。
而变化。
图1 降压斩波电路原理在高频稳压开关电源开关电源开关电源1是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM )控制IC 和MOSFET 构成。
开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为成本反转点。
随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广阔的发展空间 [全文]的设计中,普遍采用的是脉宽调制方式。
普遍采用的是脉宽调制方式。
因为频率调制方式容易产生谐波干扰,因为频率调制方式容易产生谐波干扰,因为频率调制方式容易产生谐波干扰,而且其而且其而且其滤波滤波器滤波器 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。
在近代电信装备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛;在所有的电子部件中,使用最多,技术最复杂要算滤波器了。
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解一、DC-DC电源基本拓扑分类:开关电源的三种基本拓扑结构有Buck、Boost、Buck-boost(反极性Boost)。
如果电感连接到地,就构成了升降压变换器,如果电感连接到输入端,就构成了升压变换器。
如果电感连接到输出端,就构成了降压变换器。
基本拓扑图如下:1.Buck2.Boost3.Buck-Boost二、DC-DC复杂拓扑结构1.反激隔离电源(FlyBack)另外有些隔离电源拓扑就是通过基本拓扑增加变压器或者变化得到的,例如反激隔离电源(FlyBack)。
2.Buck+Boost拓扑本质是用一个降压“加上”一个升压,来实现升降压。
SEPIC拓扑:集成了Boost和Flyback拓扑结构3.Cuk、Sepic、Zeta拓扑通过基本拓扑直接组合,形成了三个有实用价值的拓扑结构:Cuk、Sepic、Zeta。
Cuk的本质是Boost变换器和Buck变换器串联,Sepic的本质是Boost和Buck-Boost串联,Zeta可以看成Buck和Buck-Boost串联。
但是里面有些细节按照电流的方向在演进的过程中调整了二极管的方向,两极串联拓扑节省了复用的器件。
通过这样串联和演进,产生了新的三个电源拓扑。
同时,如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑。
4.四开关Buck-Boost拓扑同时,如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑5.反激、正激、推挽拓扑的演进利用变压器代替电感,可以把Boost演进为一个新拓扑FlyBack即反激变换器(反激的公式来看又是很像Buck-Boost,这里变压器不同于电感,也有说法会说反激是Buck-Boost变过来的)。
可以把Buck电路的开关通过一个变压器进行能量传递,就形成正激变换器。
将两个正激变换器进行并联,可以形成推挽拓扑。
正激的变压器,是直接输送能量过去,而不是像反激变压器那样传递能量。
Buck(降压)和Boost(提升)是两种常见的DC-DC 转换电路,它们具有不同的电压转换功能和特点。
Buck(降压)电路:
- 降压电路主要用于将输入电压降低到较低的输出电压,因此也被称为降压转换器。
- 降压电路的工作原理是通过控制开关管的导通时间比例,使得输入电压经过电感和电容的作用,转换为较低的输出电压。
- 降压电路的输出电压通常小于输入电压,用于供电给电压较低的设备或电路。
Boost(提升)电路:
- 提升电路主要用于将输入电压提高到较高的输出电压,因此也被称为升压转换器。
- 提升电路的工作原理是通过控制开关管的导通时间比例,使得输入电压经过电感和电容的作用,转换为较高的输出电压。
- 提升电路的输出电压通常大于输入电压,用于供电给电压较高的设备或电路。
区别:
1. **电压转换方向**:降压电路将输入电压降低到输出电压,
而提升电路将输入电压提升到输出电压。
2. **适用场景**:降压电路常用于需要输出低电压的场合,如电子设备的供电;提升电路常用于需要输出高电压的场合,如闪光灯、高压驱动器等。
3. **电路结构**:降压电路和提升电路在电路拓扑结构上有所不同,分别采用不同的开关管导通方式和电感电容的配置。
需要注意的是,除了降压和提升电路以外,还有一种称为Buck-Boost(升降压)的电路结构,它可以实现输入电压到输出电压的升降转换功能,更加灵活适用于各种电源管理系统的场合。
7.3.1电流模式控制Boost 变换器在DC-DC 开关变换器的混沌状态研究中,电流模式控制Boost 变换器是一重要研究对象[90,122,123],其基本电路框图如图7-1所示,根据开关管G 的状态不同,Boost 变换器的电路拓扑也发生变化,假定变换器工作于连续导通模式,则有两种电路拓扑分别对应开关管G 的两个状态,其微分方程描述为:⎩⎨⎧+=+=截止导通G E B x A x G E B x A x off off on on (7-5) 其中x 为状态矢量,即x=[I L ,V o ]T ,系数矩阵分别为:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=01,111001,1000L B RC C L A L B RC A off off on on (7-6) 设时钟脉冲开始后开关管G 是导通的,则电感电流I L 线性增加,当I L 增加至峰值参考电流I ref *时,触发器复位,开关管G 截止,这期间到来的时钟脉冲均被忽略,然后电感L 与Boost 变换器的RC 输出部分产生谐振,电感电流I L 谐振下降,直至下一个时钟脉冲到来后再次使开关管G 导通,图7-2就是电感电流I L 的一种典型波形。
微分方程式(7-5)的解可由解析的方法得到,也可由数值仿真的方法得到,在本文中则选择数值仿真的方法,即以式(7-5)来构造Matlab 下的分段开关模型,并用龙格-库塔(Runge-Kutta )算法来进行仿真。
根据文献[90,122,123],电路参数取为:E =10V ,L =1mH ,C =12μF ,R =20Ω,I ref *=0.6A ~5.5A ,驱动时钟是频率f s 为10kHz 的脉冲波。
以精确电路模型(7-5)式进行仿真,基于§5.2频闪映射的概念,取每个开关周期初始时的电路状态变量构成庞加莱截面,可得Boost 变换器在峰值参考电流I ref *的变化区间上的分叉图,如图7-3所示,可见这是一个典型的倍周期分叉过程,而在I ref *≈4.79A 之后,出现了以3周期为起始的倍周期分叉。
DC/DC电源指的是直流转直流的电路,有升压降压两种电路,按理来说,LDO也是DCDC 电源,但行业内只认为以开关形式实现的电源为DC/DC电源。
一、DC/DC基本拓扑一个功率变换器,当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态,在开关电源中,被称为稳态。
稳态下,功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律:对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器,有源开关导通时加在功率电感上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。
1、BUCK降压型当PWM驱动高电平使得NMOS管S1导通,忽略MOS管的导通压降,电感电流呈线性上升,此时电感正向伏秒为:V*Ton=(Vin-Vo)*Ton当PWM驱动低电平使得NMOS管S1截至时,电感电流不能突变,经过续流二极管形成回路(忽略二极管压降),给输出负载供电,此时电感电流下降,此时电感反向伏秒为:V*Toff=Vo*(Ts-Ton)根据电感电压伏秒平衡定律可得:(Vin-Vo)*Ton=Vo*(Ts-Ton)即 Vo=D*Vin (D为占空比)2、BOOST升压型和BUCK电路类似的分析方法,当MOS管导通时,电感的正向伏秒为:Vin*Ton;当MOS 管截至时,电感的反向伏秒为:(Vo- Vin)*(Ts-Ton)根据电感电压伏秒平衡定律可得:Vin*Ton=(Vo- Vin)*(Ts-Ton)即 Vo=Vin/(1-D)3、同步整流技术由于二极管导通时至少存在0.3V的压降,因此续流二极管D所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗,从而严重限制了效率的提高。
为解决该问题,以导通电阻极小的MOS 管取代续流二极管。
然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管,要保证两个MOS管不能同时导通,负责将会发生短路。
二、DC/DC电源调制方式DC/DC电源属于斩波类型,即按照一定的调制方式,不断地导通和关断高速开关,通过控制开关通断的占空比,可以实现直流电源电平的转换。
BUCK/BOOST电路原理升压和降压电路,就是指电力电子设计当中常说的BUCK/BOOST电路。
这两种电路经常一起出现在电路设计当中,BUCK电路指输出小于电压的单管不隔离直流变换,BOOST指输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换。
作为最常见也比较基础的两种电路,本篇文章就主要对BUCK/BOOST电路原理进行讲解。
首先让我们从BUCK变换器的概念开始讲起,BUCK变换器也称降压式变换器,是一种输出电压小于输进电压的单管不隔离直流变换器。
图中,Q为开关管,其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulatiON脉宽调制)信号,信号周期为Ts,则信号频率为f=1/Ts,导通时间为Ton,关断时间为Toff,则周期Ts=Ton+Toff,占空比Dy= Ton/Ts。
开关管Q也为PWM控制方式,但最大占空比Dy必须限制,不答应在Dy=1的状态下工作。
电感Lf在输进侧,称为升压电感。
BOOST变换器也有CCM和DCM两种工作方式。
BUCK/BOOST变换器:也称升降压式变换器,是一种输出电压既可低于也可高于输进电压的单管不隔离直流变换器,但其输出电压的极性与输进电压相反。
BUCK/BOOST变换器可看做是BUCK变换器和BOOST变换器串联而成,合并了开关管。
BUCK/BOOST变换器也有CCM和DCM两种工作方式,开关管Q也为PWM控制方式。
LDO的特点:①非常低的输进输出电压差;②非常小的内部损耗;③很小的温度漂移;④很高的输出电压稳定度;⑤很好的负载和线性调整率;⑥很宽的工作温度范围;⑦较宽的输进电压范围;⑧外围电路非常简单,使用起来极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有两种,一是脉宽调制方式Ts不变,改变ton(通用),二是频率调制方式,ton不变,改变Ts(易产生干扰)。
其具体的电路由以下几类:(1)BUCK电路——降压斩波器,其输出均匀电压U0小于输进电压Ui,极性相同。