DC-DC轉(zhuǎn)換原理搞不清？來我這里取取經(jīng)
[導(dǎo)讀]之前也寫過一篇關(guān)于DC-DC轉(zhuǎn)換原理的文章，個人覺得有點解釋不清，可能初學(xué)者讀了之后會云里霧里，不知道表達的是什么，所以想再用一種雖然很簡單，但卻很詳細的方法再次介紹一下DC-DC的轉(zhuǎn)換原理，當(dāng)然我說了是針對初學(xué)者，大佬們自行忽略。想要熟練的設(shè)計應(yīng)用一些DC-DC功率IC的話掌握...
之前也寫過一篇關(guān)于DC-DC轉(zhuǎn)換原理的文章，個人覺得有點解釋不清，可能初學(xué)者讀了之后會云里霧里，不知道表達的是什么，所以想再用一種雖然很簡單，但卻很詳細的方法再次介紹一下DC-DC的轉(zhuǎn)換原理，當(dāng)然我說了是針對初學(xué)者，大佬們自行忽略。想要熟練的設(shè)計應(yīng)用一些DC-DC功率IC的話掌握最基本的原理，那是無可厚非了，那我就開始班門弄斧了，如果有寫的不對的地方，希望有專業(yè)的大佬給予指正。首先因為電感在電路中的連接方式導(dǎo)致DC-DC電路分三種基本類型，那就是我們熟知的《升壓轉(zhuǎn)換電路》《降壓轉(zhuǎn)換電路》《升降壓轉(zhuǎn)換電路》那哪種情況下會用到這三種電路中的哪一種呢？其實這個很簡單，如果前端的輸入電壓比負載端的電壓低的時候，我們需要驅(qū)動負載的話，那我們肯定選擇升壓電路，前端電路的輸入電壓比負載電壓高的話，那就選擇降壓電路，也存在一種情況就是說如果前端輸入電壓是一個寬泛的范圍，后端的負載電壓也可能存在一個寬泛的范圍，那可能有時候需要降壓，有時候需要升壓，那就當(dāng)然選擇升降壓電路。我們以升壓電路為例，說明一下原理：首先了解一下伏秒定律，電感復(fù)位 占空比這幾個名詞，因為這三種電路中存在一種必不可少的電子元器件 那就是電感。電感方程：V=L*△I/△t，電感的電壓與電感值以及電流變化值，時間的關(guān)系式。這個公式很重要。電感會充電也會放電，那么電感在DC-DC轉(zhuǎn)換電路中需要達到穩(wěn)態(tài)，也就是電感復(fù)位這個詞，穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下的充電時電感電流（能量）增量必然會等于電感放電時的電感電流減量,△Ion=△Ioff,這里的on 跟off 代表電感的充電放電的兩個過程，也就是下圖中的State1和State2，IDC為電流的直流分量,也就是平均電感電流。IPP為紋波電流，也就是電感公式中所提到的△I。下面會結(jié)合升壓電路再進行講解，V=L*△I/△t，△Ion=△Ioff由這個兩個公式結(jié)合起來推導(dǎo)出Von*ton=Voff*toff 也就是上面所提到的伏秒定律，電感電壓與電壓的作用時間的乘積叫伏秒積。導(dǎo)通階段的電感電壓與其作用時間的乘積必然會等于關(guān)斷階段電壓電壓與其作用時間的乘積，這就是伏秒定律的定義。
什么又是占空比呢？簡而言之就是在一個周期內(nèi)，開關(guān)導(dǎo)通時間占整個周期的比率。D＝tON/（tON＋tOFF） 那么這個公式結(jié)合伏秒定律 VON×tON＝VOFF×tOFF 又可以推導(dǎo)出新的公式D＝tON/（tON＋tOFF）＝VOFF/（VOFF ＋VON），如下圖高電平為TON，低電平為TOFF，一個周期為T。
了解了這幾個概念之后我們分析起這電路的原理，就水到渠成了，以升壓電路為例：
當(dāng)開關(guān)閉合時，電源給電感充電，當(dāng)開關(guān)斷開時，電感儲能放電，與電源一起給負載供電。伏秒定律Von*ton=Voff*toff這時候你可能會問？當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的時候Von與Voff都是多少呢？其實這個問題很簡單，相信著名的基爾霍夫電壓定律大家都了解。也就是閉合回路中所有壓降的代數(shù)為0，如果你不理解電感上的電壓Von跟Voff上的電壓都是多少的話，根據(jù)基爾霍夫電壓定律就幫你很好的解決了這個問題。很顯然，當(dāng)開關(guān)管閉合的時候，閉合回路中只存在電感與電源,那么Von必然就等于電源電壓。VON＝VIN－VSW VON≈VIN 假設(shè)VSW相比足夠小當(dāng)開關(guān)管斷開時，根據(jù)電壓定律 VOFF＝VO＋VD－VIN VOFF≈VO－VIN 假設(shè)VSW相比足夠小D＝tON/（tON＋tOFF）＝VOFF/（VOFF ＋VON）D＝（VO－VIN）/{（VO－VIN）＋VIN }＝（VO－VIN）/ VO→VIN＝VO×（1－D）至此，推出了我們想要的公式VO 與VIN 的關(guān)系，最終達到升壓的目的。這個時候你一定會問，那電流呢？負載的電流跟電感的電流又是什么關(guān)系呢？電感電流中不僅有直流分量，還存在紋波電流，還有峰值電流的概念。電感的紋波電流△I=2IAC電感的直流分量IL=LDC峰值電流IP=IAC IDC
你一定會問那這三種電流概念對我們設(shè)計電路的時候都會有什么影響呢？在此先對與負載電流有直接關(guān)系的IDC進行分析，其他兩個概念以后再進行講解,直流電流IDC＝電感平均電流IL，這里很容易理解，輸出電容的平均電流為0，在開關(guān)管ON的階段內(nèi)， 負載沒有通過電感向其提供電流，只有在開關(guān)OFF的時間階段內(nèi)，負載才有經(jīng)電感的電流，所以很容易推斷出即IDC＝IO/（1－D）
說到這你肯定會問，由公式來看的話電感的平均到電流只跟負載的電流以及占空比有關(guān)系對嗎？那改變開關(guān)的頻率以及改變電感值會影響到電感的平均電流值嗎?由上圖也可以看出IDC為電感電流的斜坡中心，也有的人叫它基準(zhǔn)電流，沒錯IDC的大小僅取決于能量流的需求，如果輸出功率不變，輸入輸出電壓不變也就是占空比不變的話，直流分量就不會發(fā)生改變。也就是說改變電感值，以及開關(guān)頻率都不會影響電感的平均電感電流。實際的實驗也驗證了這一結(jié)論（該實驗數(shù)據(jù)引自精通開關(guān)電源設(shè)計）
對于DC-DC電路中電感的其他參數(shù)的定義解釋說明，下次再進行介紹，希望寫的這些對初學(xué)者有一定的幫助。水平有限，請大佬們多多指教。原標(biāo)題：DC-DC轉(zhuǎn)換原理搞不清？來我這里取取經(jīng)！原作者：火星國務(wù)卿本文為21ic有獎?wù)魑淖髌?，詳情請?1ic論壇活動專區(qū)：第二屆萬元紅包——藍V達人有獎?wù)魑幕顒?，如果您也有興趣參與征文，歡迎進入論壇參與活動~
END
來源：21ic網(wǎng)站論壇版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。
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什么又是占空比呢？簡而言之就是在一個周期內(nèi)，開關(guān)導(dǎo)通時間占整個周期的比率。D＝tON/（tON＋tOFF） 那么這個公式結(jié)合伏秒定律 VON×tON＝VOFF×tOFF 又可以推導(dǎo)出新的公式D＝tON/（tON＋tOFF）＝VOFF/（VOFF ＋VON），如下圖高電平為TON，低電平為TOFF，一個周期為T。
了解了這幾個概念之后我們分析起這電路的原理，就水到渠成了，以升壓電路為例：
當(dāng)開關(guān)閉合時，電源給電感充電，當(dāng)開關(guān)斷開時，電感儲能放電，與電源一起給負載供電。伏秒定律Von*ton=Voff*toff這時候你可能會問？當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的時候Von與Voff都是多少呢？其實這個問題很簡單，相信著名的基爾霍夫電壓定律大家都了解。也就是閉合回路中所有壓降的代數(shù)為0，如果你不理解電感上的電壓Von跟Voff上的電壓都是多少的話，根據(jù)基爾霍夫電壓定律就幫你很好的解決了這個問題。很顯然，當(dāng)開關(guān)管閉合的時候，閉合回路中只存在電感與電源,那么Von必然就等于電源電壓。VON＝VIN－VSW VON≈VIN 假設(shè)VSW相比足夠小當(dāng)開關(guān)管斷開時，根據(jù)電壓定律 VOFF＝VO＋VD－VIN VOFF≈VO－VIN 假設(shè)VSW相比足夠小D＝tON/（tON＋tOFF）＝VOFF/（VOFF ＋VON）D＝（VO－VIN）/{（VO－VIN）＋VIN }＝（VO－VIN）/ VO→VIN＝VO×（1－D）至此，推出了我們想要的公式VO 與VIN 的關(guān)系，最終達到升壓的目的。這個時候你一定會問，那電流呢？負載的電流跟電感的電流又是什么關(guān)系呢？電感電流中不僅有直流分量，還存在紋波電流，還有峰值電流的概念。電感的紋波電流△I=2IAC電感的直流分量IL=LDC峰值電流IP=IAC IDC
你一定會問那這三種電流概念對我們設(shè)計電路的時候都會有什么影響呢？在此先對與負載電流有直接關(guān)系的IDC進行分析，其他兩個概念以后再進行講解,直流電流IDC＝電感平均電流IL，這里很容易理解，輸出電容的平均電流為0，在開關(guān)管ON的階段內(nèi)， 負載沒有通過電感向其提供電流，只有在開關(guān)OFF的時間階段內(nèi)，負載才有經(jīng)電感的電流，所以很容易推斷出即IDC＝IO/（1－D）
說到這你肯定會問，由公式來看的話電感的平均到電流只跟負載的電流以及占空比有關(guān)系對嗎？那改變開關(guān)的頻率以及改變電感值會影響到電感的平均電流值嗎?由上圖也可以看出IDC為電感電流的斜坡中心，也有的人叫它基準(zhǔn)電流，沒錯IDC的大小僅取決于能量流的需求，如果輸出功率不變，輸入輸出電壓不變也就是占空比不變的話，直流分量就不會發(fā)生改變。也就是說改變電感值，以及開關(guān)頻率都不會影響電感的平均電感電流。實際的實驗也驗證了這一結(jié)論（該實驗數(shù)據(jù)引自精通開關(guān)電源設(shè)計）
對于DC-DC電路中電感的其他參數(shù)的定義解釋說明，下次再進行介紹，希望寫的這些對初學(xué)者有一定的幫助。水平有限，請大佬們多多指教。原標(biāo)題：DC-DC轉(zhuǎn)換原理搞不清？來我這里取取經(jīng)！原作者：火星國務(wù)卿本文為21ic有獎?wù)魑淖髌?，詳情請?1ic論壇活動專區(qū)：第二屆萬元紅包——藍V達人有獎?wù)魑幕顒?，如果您也有興趣參與征文，歡迎進入論壇參與活動~
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