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(gè)人覺得有點(diǎn)解釋不清，可能初學(xué)者讀了之后會(huì)云里霧里，不知道表達(dá)的是什么，所以想再用一種雖然很簡(jiǎn)單，但卻很詳細(xì)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(duì)初學(xué)者，大佬們自行忽略。想要熟練的設(shè)計(jì)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(gè)人覺得有點(diǎn)解釋不清，可能初學(xué)者讀了之后會(huì)云里霧里，不知道表達(dá)的是什么，所以想再用一種雖然很簡(jiǎn)單，但卻很詳細(xì)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(duì)初學(xué)者，大佬們自行忽略。想要熟練的設(shè)計(jì)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(duì)的地方，希望有專業(yè)的大佬給予指正。首先因?yàn)?strong>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(huì)用到這三種電路中的哪一種呢？其實(shí)這個(gè)很簡(jiǎn)單，如果前端的輸入電壓比負(fù)載端的電壓低的時(shí)候，我們需要驅(qū)動(dòng)負(fù)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(fù)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(gè)寬泛的范圍，后端的負(fù)載電壓也可能存在一個(gè)寬泛的范圍，那可能有時(shí)候需要降壓，有時(shí)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(gè)名詞，因?yàn)檫@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(shí)間的關(guān)系式。這個(gè)公式很重要。電感會(huì)充電也會(huì)放電，那么電感在DC-DC轉(zhuǎn)換電路中需要達(dá)到穩(wěn)態(tài)，也就是電感復(fù)位這個(gè)詞，穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下的充電時(shí)電感電流（能量）增量必然會(huì)等于電感放電時(shí)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(gè)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(huì)結(jié)合升壓電路再進(jìn)行講解，V=L*△I/△t，△Ion=△Ioff由這個(gè)兩個(gè)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(shí)間的乘積叫伏秒積。導(dǎo)通階段的電感電壓與其作用時(shí)間的乘積必然會(huì)等于關(guān)斷階段電壓電壓與其作用時(shí)間的乘積，這就是伏秒定律的定義。
什么又是占空比呢？簡(jiǎn)而言之就是在一個(gè)周期內(nèi)，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間占整個(gè)周期的比率。D＝tON/（tON＋tOFF） 那么這個(gè)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(gè)周期為T。
了解了這幾個(gè)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(shí)，電源給電感充電，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感儲(chǔ)能放電，與電源一起給負(fù)載供電。伏秒定律Von*ton=Voff*toff這時(shí)候你可能會(huì)問？當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的時(shí)候Von與Voff都是多少呢？其實(shí)這個(gè)問題很簡(jiǎn)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(gè)問題。很顯然，當(dāng)開關(guān)管閉合的時(shí)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(shí)，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(dá)到升壓的目的。這個(gè)時(shí)候你一定會(huì)問，那電流呢？負(fù)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(huì)問那這三種電流概念對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)電路的時(shí)候都會(huì)有什么影響呢？在此先對(duì)與負(fù)載電流有直接關(guān)系的IDC進(jìn)行分析，其他兩個(gè)概念以后再進(jìn)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(fù)載沒有通過電感向其提供電流，只有在開關(guān)OFF的時(shí)間階段內(nèi)，負(fù)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(huì)問，由公式來看的話電感的平均到電流只跟負(fù)載的電流以及占空比有關(guān)系對(duì)嗎？那改變開關(guān)的頻率以及改變電感值會(huì)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(cuò)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(huì)發(fā)生改變。也就是說改變電感值，以及開關(guān)頻率都不會(huì)影響電感的平均電感電流。實(shí)際的實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一結(jié)論（該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)引自精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)）
對(duì)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(jìn)行介紹，希望寫的這些對(duì)初學(xué)者有一定的幫助。水平有限，請(qǐng)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(guó)務(wù)卿本文為21ic有獎(jiǎng)?wù)魑淖髌?，詳情?qǐng)見21ic論壇活動(dòng)專區(qū)：第二屆萬元紅包——藍(lán)V達(dá)人有獎(jiǎng)?wù)魑幕顒?dòng)，如果您也有興趣參與征文，歡迎進(jìn)入論壇參與活動(dòng)~
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什么又是占空比呢？簡(jiǎn)而言之就是在一個(gè)周期內(nèi)，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間占整個(gè)周期的比率。D＝tON/（tON＋tOFF） 那么這個(gè)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(gè)周期為T。
了解了這幾個(gè)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(shí)，電源給電感充電，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感儲(chǔ)能放電，與電源一起給負(fù)載供電。伏秒定律Von*ton=Voff*toff這時(shí)候你可能會(huì)問？當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的時(shí)候Von與Voff都是多少呢？其實(shí)這個(gè)問題很簡(jiǎn)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(gè)問題。很顯然，當(dāng)開關(guān)管閉合的時(shí)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(shí)，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(dá)到升壓的目的。這個(gè)時(shí)候你一定會(huì)問，那電流呢？負(fù)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(huì)問那這三種電流概念對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)電路的時(shí)候都會(huì)有什么影響呢？在此先對(duì)與負(fù)載電流有直接關(guān)系的IDC進(jìn)行分析，其他兩個(gè)概念以后再進(jìn)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(fù)載沒有通過電感向其提供電流，只有在開關(guān)OFF的時(shí)間階段內(nèi)，負(fù)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(huì)問，由公式來看的話電感的平均到電流只跟負(fù)載的電流以及占空比有關(guān)系對(duì)嗎？那改變開關(guān)的頻率以及改變電感值會(huì)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(cuò)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(huì)發(fā)生改變。也就是說改變電感值，以及開關(guān)頻率都不會(huì)影響電感的平均電感電流。實(shí)際的實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一結(jié)論（該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)引自精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)）
對(duì)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(jìn)行介紹，希望寫的這些對(duì)初學(xué)者有一定的幫助。水平有限，請(qǐng)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(guó)務(wù)卿本文為21ic有獎(jiǎng)?wù)魑淖髌?，詳情?qǐng)見21ic論壇活動(dòng)專區(qū)：第二屆萬元紅包——藍(lán)V達(dá)人有獎(jiǎng)?wù)魑幕顒?dòng)，如果您也有興趣參與征文，歡迎進(jìn)入論壇參與活動(dòng)~
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