降压式DC-DC转换器中的恒定导通时间谷值电流模式控制
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士兰微 400KHz 2A降压型DC-DC转换器 说明书
电感选择
当输出电流较大时，转换器工作在连续电流模式，即电 感电流连续，不会降至 0。电感的取值会影响到电感电流的纹 波，两者之间的关系由下式确定。
L = VO ⋅(VI − VO ) 。 VI ⋅ fS ⋅ ΔI
其中，VI 是输入电压， VO 是输出电压， fS 是开关频率， ΔI 是电感电流纹波的峰－峰值。通
⋅ fZ1
。
当需要补偿电容 Cc2 时，Cc2 的值由下式确定：
CC2
=
ESR ⋅ CO RC
。
典型应用电路图
杭州士兰微电子股份有限公司 http:
版本号：1.0 2008.09.26 共8页 第7页
封装外形图
SOP-8-225-1.27
SD46520
UNIT: mm
常选择 ΔI 不超过最大输出电流的 30％，以此来确定电感的取值。
同时，还必须满足电感电流的峰值不能超过 2.4A 电流限制值的条件。电感电流的峰值由下式 确定。
ILMAX
= IO
+
1 2
⋅
ΔIL
= IO
+
1 2
⋅
VO ⋅(VI − VO ) VI ⋅ fS ⋅L
。
输入电容选择
降压性DC-DC的输入电流是不连续的，需要在输入端添加输入电容CI保持输入电压的稳定。 输入电容必须是低ESR的电容类型。最好是陶瓷电容，钽电容或低ESR的电解电容也可以。输入 电容值必须大于 10uF。
版本号：1.0 2008.09.26 共8页 第1页
内部框图
SD46520
极限参数
参数 输入电压 开关电压 自举电压 反馈电压 使能端电压 补偿端电压 结温 引脚温度 存储温度
降压转换器的工作原理
降压转换器的工作原理降压转换器实际上是一种开关电源，它通过周期性地连接和断开电源输入电压，将输入电压转换为所需的较低输出电压。
降压转换器主要由开关管、电感、二极管和滤波电容组成，其中最常用的降压转换器是基于DC-DC变换器的脉宽调制（PWM）原理工作的。
下面是降压转换器的工作原理：1.输入电流和电压：输入电压通过输入电路加电感器L1流入开关管S。
2.功率开关管：在一个固定的周期内，开关管S周期性地打开和关闭。
打开时，输入电压施加到负载上，此时电感L1存储能量，同时二极管D1导通并为电感提供一个路径。
关闭时，开关管S断开，负载上的电流由电感L1提供。
开关管的工作周期由PWM控制器的频率决定。
3.电感器L1：在开关管打开时，电感L1存储由输入电压提供的能量，而在开关管关闭时，电感L1释放存储的能量，并将能量传递给负载。
这种存储和释放能量的过程使得输出电压保持在一个相对稳定的水平上。
4.二极管D1：当开关管S关闭时，作为电感器L1的辅助元件，二极管D1导通，从而为电感器提供一个路径，并防止输出电压逆向流动。
5.输出电容：为了进一步平滑输出电压，降压转换器通常还包括一个输出电容。
输出电容能够储存电荷并提供给负载，以保证输出电压的稳定性。
此外，输出电容还能有效滤除输出电压中的噪声。
6.PWM控制器：PWM控制器用于根据输出电压的反馈信息控制开关管S的工作周期和占空比。
控制器通过比较输出电压与参考电压的差异来调整占空比。
这种反馈机制使得输出电压能够自动调整到所需电压。
综上所述，降压转换器通过周期性开关开关管，利用电感存储和释放能量，以及使用二极管和输出电容滤波器来降低输入电压并稳定输出电压。
这种工作原理使得降压转换器能够在输入电压波动较大的情况下，输出稳定的直流电压。
大功率隔离dc转dc降压电路
大功率隔离dc转dc降压电路
大功率隔离DC转DC降压电路主要由以下几个部分组成：
1. 输入滤波电路：用于消除输入端电源的高频噪声，保证输入电压的稳定性和纯净性。
2. 输入电流限制电路：用于限制输入端电流的过大，在大负载情况下保护整个电路。
3. 相变串联电路：将输入直流电压调整为有效的交流电压，以便进行隔离。
4. 电流控制单元：监测输出电流，当输出电流超过一定范围时，控制开关管的导通时间来控制输出电流。
5. 输出滤波电路：用于消除输出端电压的高频杂波，使输出电压平稳。
6. 输出电压反馈电路：通过对输出电压的采样反馈给控制单元，控制开关管的导通时间，实现稳定的输出电压。
7. 输出过流保护电路：监测输出电流，当输出电流超过一定范围时，自动切断开关管，以保护整个电路。
8. 输出短路保护电路：当输出端短路时，自动切断开关管，以保护整个电路。
以上是大功率隔离DC转DC降压电路的基本组成部分，具体电路设计还需要根据功率需求、输入输出电压、输出电流等参数进行调整和优化。
dc-dc降压电路工作原理
dc-dc降压电路工作原理DC-DC降压电路是一种常见的电力转换电路，其工作原理是将输入的直流电压降低到所需的输出电压。
本文将详细介绍DC-DC降压电路的工作原理及其应用。
一、DC-DC降压电路的基本原理DC-DC降压电路利用电感和电容元件，通过开关管的开关控制，实现输入电压到输出电压的转换。
主要分为两种类型：线性降压电路和开关降压电路。
1. 线性降压电路线性降压电路是通过电阻分压的方式来实现电压的降低。
其基本原理是通过调节电阻的大小，将输入电压分压到所需的输出电压。
但是线性降压电路效率低，且只适用于输入电压和输出电压相差不大的情况。
2. 开关降压电路开关降压电路利用开关管的开关控制，通过改变开关管的导通和关断时间比，实现输入电压到输出电压的转换。
其工作原理是通过周期性的开关操作，将输入电压按一定比例转换为输出电压。
开关降压电路效率高，适用范围广。
二、DC-DC降压电路的应用DC-DC降压电路广泛应用于各种电子设备和电力系统中。
以下是几个典型应用场景：1. 手机充电器手机充电器通常采用DC-DC降压电路来将市电的交流电转换为手机所需的直流电。
通过降压电路，将高电压的交流电转换为手机所需的低电压直流电。
2. 电子设备电源模块各种电子设备的电源模块中都会包含DC-DC降压电路，用于将输入电压转换为设备所需的工作电压。
例如电视机、电脑、音响等电子设备均需要稳定的电压供应。
3. 太阳能电池板太阳能电池板将太阳能转换为直流电。
由于太阳能电池板的输出电压波动较大，需要通过DC-DC降压电路将电压稳定为所需的输出电压，以供应给电力系统或储存设备。
4. 电动汽车充电桩电动汽车充电桩需要将市电的交流电转换为电动汽车所需的直流电。
DC-DC降压电路在充电桩中起到将高电压的交流电转换为电动汽车所需的低电压直流电的作用。
三、DC-DC降压电路的优势和不足DC-DC降压电路相比于其他电力转换电路具有以下优势：1. 高效率：DC-DC降压电路采用开关控制方式，工作效率高于线性降压电路。
高开关频率恒定导通时间控制DC-DC变换器设计
电子科技大学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA专业学位硕士学位论文MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE论文题目高开关频率恒定导通时间控制DC-DC变换器设计专业学位类别集成电路工程学号201722030435作者姓名章玉飞指导教师甄少伟副教授分类号密级UDC注1学位论文高开关频率恒定导通时间控制DC-DC变换器设计（题名和副题名）章玉飞（作者姓名）指导教师甄少伟副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称集成电路工程提交论文日期2020.04.07论文答辩日期2020.05.15学位授予单位和日期电子科技大学2020年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号Design of High Switching Frequency Constant On-Time Controlled DC-DC ConverterA Master Thesis Submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaDiscipline:Master of EngineeringAuthor:Zhang YufeiSupervisor:Associate Prof. Zhen Shaowei School:School of Electronic Science and Engineering (National Exemplary School of Microelectronics)独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
降压型dcdc转换器工作原理(一)
降压型dcdc转换器工作原理(一)降压型DC-DC转换器工作原理解析介绍降压型DC-DC转换器是一种重要的电源转换器，可将高电压转换为低电压。
它在电子设备中广泛应用，如手机、笔记本电脑等。
本文将从浅入深解释降压型DC-DC转换器的工作原理。
DC-DC转换器的基本概念1.什么是DC-DC转换器？–DC-DC转换器是一种用于将直流电压转换为不同电压级别的电路。
–这种转换器由开关元件、电感元件和滤波电容组成。
2.为什么需要DC-DC转换器？–电子设备的不同模块通常需要不同的电压供应，而电源只能提供固定的电压。
–DC-DC转换器可实现将电源提供的电压转换为各模块所需的电压。
降压型DC-DC转换器工作原理1.什么是降压型DC-DC转换器？–降压型DC-DC转换器是一种将高电压转换为低电压的转换器。
–它通过周期性开关与断开电源输入以控制输出电压。
2.降压型DC-DC转换器的工作原理–当开关元件断开时，电感元件会储存电能，电容元件则提供电流给负载。
–当开关元件闭合时，电感中存储的能量被释放，将电流传递给负载。
–通过调整开关的频率和占空比，可以控制输出电压的稳定性。
3.降压型DC-DC转换器的优点–高效性：降压型转换器能以高效率将电源提供的电能传递给负载，减少能量损失。
–稳定性：通过控制开关的频率和占空比，可以保持输出电压的稳定性。
–可调性：降压型转换器可通过调整控制参数，实现输出电压的调节。
总结降压型DC-DC转换器是将高电压转换为低电压的关键电源转换器。
它通过周期性地开关和断开电源输入，控制输出电压的稳定性。
降压型转换器具有高效性、稳定性和可调性的优点，在电子设备中发挥着重要作用。
•介绍–DC-DC转换器的基本概念•什么是DC-DC转换器？•为什么需要DC-DC转换器？–降压型DC-DC转换器工作原理•什么是降压型DC-DC转换器？•降压型DC-DC转换器的工作原理•降压型DC-DC转换器的优点•总结注意： - 请适度使用加粗、斜体等其他Markdown格式。
电流连续时Buck-Boost升降压式PWM DC-DC转换器的基本关系
电流连续时Buck-Boost 升降压式PWM DC/DC 转换器
的基本关系
稳态工作时，在开关管V 导通期间电感电流iLf 的增加量△iLf（+）
等于它在开关管V 关断期间的减小量△iLf（-）则由式（3-70）和式（3-72）可以得到：
从式（3-73）可以看出，当占空比Du=0.5 时，Uo=Ui；当Du0.5 时，UoUi；当Du＞0.5 时，Uo＞Ui。
所以，Buck-Boost 升降压式PWM DC/DC 转换器的输出电压Ui，既可以低于输入电压Ui，也可以高于输入电压Ui。
假定此转换器没有损耗，则有
在开关管V 关断时，加在其上面的电压Uv 为：
在开关管V 导通时，加在二极管D 上的电压Uu 为：
所以Buck-Boost 转换器中功率器件上的电压高于Buck 或Boost 转换器中功率器件上的电压。
从Buck-Boost 升降压式PWM DC/DC 转换器的基本工作原理来看，这种转换器更接近于Boost 转换器。
开关管V 每开通一次，电感Lf 的储能就增
加一次，开关管V 每关断一次，电感Lf 的储能就减小一次，减小的储能供给
了负载。
故Buck-Boost 转换器的每个开关周期都有电能传送到负载。
Buck 转换器的电感Lf 在输出端，电感电流就是负载电流，因为iLf 的脉动小，所以输
出电压U。
的脉动也小，而Boost 转换器的电感Lf 在输入端，故输入电流Ii 的。
DC-DC切换式稳压器中产生PWM讯号的电压和电流模式控制
DC-DC切换式稳压器中产生PWM讯号的电压和电流模式控制切换式DC-DC 电压转换器（稳压器）含有两个元件：控制器和功率级。
功率级含有切换元件，能将输入电压转换成所需的输出。
控制器会监控切换作业，调节输出电压。
两者由回授回路连结，会将实际的输出电压与所需的输出进行比较，得到误差电压。
控制器是电源供应器保持稳定和精密的关键，几乎所有的设计都采用脉宽调变(PWM) 技术进行调节。
产生PWM 讯号的方法主要有两种：电压模式控制和电流模式控制。
电压模式控制技术较早发明，但具有缺点，例如回应负载变化缓慢和回路增益会随着输入电压改变等，因此激励工程师开发以电流为基础的替代方法。
目前工程师已经能选用多款采用这两种控制技术的电源模组。
这些产品整合了技术，能克服之前产品的主要缺失。
本文将说明在切换式稳压器中产生PWM 讯号的电压和电流模式控制技术，并说明各项应用的最佳用途。
电压模式控制设计人员若要打造电源供应器，可选择离散式元件（参阅TechZone 文章《DC/DC 稳压器：如何在离散式和模组化设计中选择》）、个别控制器和功率元件，或是在单晶片上整合两者的电源供应器模组。
但无论使用何种技术，调节功能都非常有可能会采用通常为固定频率的PWM 技术。
（偏好采用恒定切换频率，因为可限制电源供应器产生的电磁干扰(EMI)。
）在电压模式控制的稳压器中，PWM 讯号的产生系透过将控制电压(VC) 施加到比较器的其中一个输入，以及将时脉产生的固定频率锯齿形电压（Vramp 或PWM 斜波）施加到另一个输入（图1）。
Texas Instruments 的切换式稳压器PWM 产生器图片图1：切换式稳压器的PWM 产生器。
PWM 讯号的工作周期与控制电压成比例，并可决定切换元件的导通时间百分比，进而决定输出电压。
控制电压系由实际输出电压以及所需输出电压（或参考电压）之间的差异求得。
调变器增益Fm 的定义为工作周期从0% 提高到100% 时，控制电压的改变(Fm = d/VC = 1/Vramp)。
士兰微电子 SC46208 1.25MHz 600mA 高效率同步降压型 DC-DC 转换器 说明书
参
数
符号
测试条件
最小值 典型值 最大值 单位
输入电压范围
VIN
2.5
5.5 V
反馈电压
FB 仅对于输出电压可调版
0.585 0.6 0.615 V
静态电流（轻载省电模式） Iswitch off FB=0.62V，或者VOUT=103％
20 30 μA
静态电流（关机状态模式） Ist 静态电流（PWM工作模式） Iq
减，从而防止失控；当输出电压上升后，振荡器的频率逐渐上升到1.25MHz。
过压检测 过压检测电路检测到输出电压超过设定值的6％时，通过关断PMOS开关管防止输出电压的瞬
态过冲，直至电压值降到设定值。
限流及过热保护 限流通过一个内部比较器实现，将PMOS管每个周期的电流值限制在1.5A（典型值），从而使
SC46208 自动检测负载电流的大小，当负载电流降低至某一门限值（该门限值同输入、输出 电压以及电感值有关），系统启动省电模式，此时系统仅消耗 20μA 的电流，从而大大提高了轻负 载时的转换效率。需要注意的是此时输出电压纹波通常会增加，可在 VOUT 和 FB 之间增加一个 相位超前电容（通常在 pF 量级）减小省电模式的纹波。
条件下的效率，从而进一步延长了便携式系统中电池的使用 应用
寿命。
SC46208具备输出电压可调型和固定型版本。
* 蜂窝电话
* 个人数字助理
主要特点
* 无线通讯装置
* 效率高达95％ * 轻负载自动进入省电模式，仅需20μA静态电流。 * 宽输入电压范围：+2. 5V~+5.5V
* MP3播放机 * 数码相机 * 便携式仪器
版本号：1.1 2008.09.10 共11页 第1页
运用DC—DC降压／升压调节器调节电压
运用DC—DC降压／升压调节器调节电压【摘要】DC-DC开关转换器的作用是将一个直流电压高效地转换成其他电压值。
高效率DC-DC转换器采用三项基本拓扑结构：Buck（降压型）、Boost（升压型）和Buck/Boost（降压/升压型）。
Buck（降压转换器）用于产生较低的直流输出电压，Boost（升压转换器）用于产生较高的直流输出电压，Buck/Boost（降压/升压转换器）则用于产生小于、大于或等于输入电压的输出电压。
本文将重点介绍如何成功应用降压/升压DC-DC转换器。
【关键词】DC-DC；降压/升压；调节器1.概述如图1所示为采用单节的锂离子电池供电的典型低功耗系统。
电池的可用输出范围为放电以后的约3.0V到充满电时的4.2V。
系统IC需要1.8V、3.3V、和3.6V的电压，以实现最佳工作状态。
锂离子电池开始工作时的电压为4.2V，结束工作时的电压为3.0V，降压/升压调节器可以提供3.3V的恒定输出电压，而降压调节器或低压差（LDO）调节器则可在电池放电时提供1.8V的电压。
理论上，当电池电压高于3.5V时，可使用降压调节器或LDO产生3.3V电压，但当电池电压降至3.5V以下时，系统就会停止工作。
允许系统预先关闭会减少电池需要重新充电前的系统工作时间。
2.降压/升压调节器降压/升压调节器包括四个开关、两个电容和一个电感，如图2所示。
目前的低功耗、高效率降压/升压调节器在降压或升压模式下工作时，只要主动操作其中两个开关，就可以降低损耗、提高效率。
当VIN大于VOUT时，开关C断开，开关D闭合。
开关A和开关B的工作方式和在标准降压调节器中一样，如图3所示。
当VIN小于VOUT时，开关B断开，开关A闭合。
开关C和开关D的工作方式和在升压调节器中一样，如图4所示。
最困难的工作模式是当VIN处于VOUT±10%范围内时，此时调节器会进入降压/升压模式。
在降压/升压模式下，两种操作（降压和升压）会在一个开关周期内发生。
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降压式DC-DC转换器中的恒定导通时间谷值电流模式控制
newmaker
恒频峰值电流控制方案使用两
个环路从高输入电压产生低输出电压，分别是电压外环和电流内环。
在控制信号和输出信号之间存在最小相移，由此可以实现简单的补偿。
测量流过NMOS主开关的电感电流的典型方法是，当NMOS主开关导通时检测NMOS主开关上的压降，或者检测输入端和主开关的漏极之间的串联电阻上的压降。
在这两个检测方案中，电感电流检测过程中出现在开关节点上的寄生效应均能引发激振现象，因此在测量电感电流之前必须等待一段时间，即消隐时间。
在低占空比操作过程中，这使得主开关建立并保持导通的时间变少。
图A示出了主开关上的电感电流和电流感测信号，其由消隐时间和导通时间构成
图A. 消隐时间指使用固定频率的峰值电流模式控制方案的降压降转换器中的主开关所能实现的最小导通
时间
在低占空比操作过程中，即在输出电压比输入电压小很多时，主开关的导通总是由内部时钟控制的，而且与反馈回路无关，因此存在最小导通时间，其将电路操作限制在较高的开关频率。
而且，由于建立时间的限制，在脉冲不够宽时不能感测电流。
消隐时间决定了主开关的导通时间，仅有很少的时间可用于电流感测。
在诸如手机和媒体播放器的便携式应用中，DSP内核需要0.9 V的输出电压。
为了减小电感的尺寸以及解决方案的整体尺寸，应使用较高的开关频率。
但是如果使用该控制方案，则在使用较高的开关频率时，很难由较高的输入电压生成低占空比的电压。
后沿调制控制方案的第二个缺点是其较差的瞬态响应。
图B示出了针对负载电流的正向变化和负向变化的瞬态响应的典型波形。
便携式应用中，在降低输出电容器的尺寸和成本的同时必须能够实现很快的瞬态响应。
在输出端出现负载电流的正向阶跃增加时，输出响应可能延迟一个时钟周期。
在负载电流的负向阶跃减小的情况中，转换器强行给出最小宽度高边导通时间，其由电流控制环的速度确定。
因此在负向负载瞬态变化的过程中，不可能实现最小延迟响应，而且还将发生严重的过冲和下冲瞬态现象。
为了减少该现象，必须将额外的电容添加到输出端。
图B. 峰值电流模式控制的正向和负向负载电流响应
在固定频率下操作的峰值电流控制转换器的第三个缺点是，当占空比大于50%时，电路是不稳定的（图C），导致发生分频谐波振荡，这将使平均输出电流下降并且使输出电流波纹增加。
对于大于50%的占空比，电感电流的增长量（ΔIL1）随着时间变大，导致了I2较大的增长量（ΔIL2）。
为了解决这一问题，需要进行斜坡补偿，这增加了设计复杂度。
典型的斜坡补偿方法是将外部斜坡信号添加到电感电流信号。
图C. 固定频率峰值电流控制转换器在占空比大于50%时存在不稳定的问题
使用恒定导通时间谷值电流模式控制方案可以解决上面的问题。
该方案被称为前沿调制，其中主开关的导通时间被设计成固定的，基于谷值电流感测信号调制关断时间，并且调节开关周期，使其等于导通时间加上关断时间。
该架构能够提供主开关的最小导通时间，有
助于在高频下进行操作，因此可以容易地由较高的输入电压产生较低电压输出。
在低电压DC-DC降压转换器中，主开关仅在10%的时间中是导通的，而同步开关在剩余的90%的时间中导通。
这使得低边开关电流比主开关电流更容易进行采样和处理。
与检测电感峰值电流以确定主开关电流不同，在主开关的关断时间中对电感谷值电流采样。
谷值电流感测方案加上恒定导通时间设计一起减少了回路延迟，因此能够实现更快的瞬态响应。
Ray Ridley（进一步阅读文献3）提出了这样一种观点，当外部斜坡等于电流信号的下降斜坡时，恒定频率控制的电流回路增益与恒定导通时间系统的电流回路增益相同。
因此，对于恒定导通时间控制，回路增益相对于占空比保持不变，可以确保在所有条件下都是稳定的。
相反地，在恒定频率峰值电流控制方案中，回路增益随着占空比的增加而增加，如果使用的外部斜坡时间不够，则可能导致系统不稳定。
恒定导通时间可变关断时间转换器能够在不使用斜坡补偿的情况下克服占空比大于50%时使用固定频率操作不稳定的问题。
如果负载电流增加，则周期开始前和周期结束时的干扰是相同的，因此转换器保持在稳定状态，而这与占空比的状态无关。
由于该架构中不使用固定的时钟，因此斜坡补偿是多余的。
恒定导通时间谷值电流控制的一个显著优点是限制降压转换器中的短路电流的能力。
当降压转换器的输出短路且高边开关导通时，输出电压变为零，并且电感上的压降等于VIN。
电感电流在tON时间内迅速增加。
电感放电时间tOFF由VOUT/L确定，VOUT被短路，因此tOFF也增加，。
在电流下降到所需的谷值电流限制之前，高边开关不会再次导通。
因此，该控制方案在短路条件下仅能传递固定的最大电流。