DCDC電源基礎(chǔ)知識(shí)DCDC電源基礎(chǔ)知識(shí)目錄1、DC-DC電源分類及工作原理2、DC-DC電源典型電路分析3、PWM控制原理4、關(guān)鍵器件選擇5、DC-DC電源PCB布局目錄

DC-DC電源是一類直流轉(zhuǎn)換為直流的電源。應(yīng)用：

數(shù)字電路、電子通信設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感遙測(cè)、地面雷達(dá)、消防、設(shè)備和醫(yī)療器械教學(xué)設(shè)備等諸多領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：

功耗小、效率高、體積小、重量輕、可靠性高、自身抗干

擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化。

DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理3.3V-1.5V12V-3.3V3.3V-1.1VDC-DC電源分類及工作原理3.3V-1.5V12V-

DC-DC電源可分為三大類：?Buckconverter(降壓型)?Boostconverter(升壓型)?Buck-boostconverter(降壓升壓型)DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源可分為三大類：DC-DC電源分類1.1Buckconverter（降壓型）Vo=Vin*DD<1，Vo<VinDC-DC電源分類及工作原理

降壓變換器原理圖LC輸出濾波續(xù)流二極管1.1Buckconverter（降壓型）Vo=Vin*(1)開關(guān)連接當(dāng)開關(guān)處于連接狀態(tài)時(shí)，電感電流為：

電感兩端的電壓為（Vi-Vo），此時(shí)電感由電壓（Vi-Vo）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi-Vo）*Ton。此期間，電感存儲(chǔ)能量，同時(shí)電路對(duì)電容充電和給負(fù)載供電。DC-DC電源分類及工作原理(1)開關(guān)連接DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，電感電流為當(dāng)開關(guān)處于斷開期間，由于輸出電流的連續(xù)，二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo）*Toff。存儲(chǔ)在電感和電容里的能量釋放出來給負(fù)載，通過續(xù)流二極管形成回路。DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理

當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，（Vi-Vo）*Ton=（Vo）*Toff，由于占空比D<1，所以Vi>Vo，實(shí)現(xiàn)降壓功能。DC-DC電源分類及工作原理當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷1.2Boostconverter（升壓型)DC-DC電源分類及工作原理

升壓變換器原理圖Vo=Vin/(1-D)

D<1，Vo>Vin升壓電感濾波電容1.2Boostconverter（升壓型)DC（1）開關(guān)連接當(dāng)開關(guān)處于連接狀態(tài)時(shí)，通過電感的電流為：當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入電壓加在電感上，此時(shí)電感由電壓（Vi）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi）*Ton。DC-DC電源分類及工作原理（1）開關(guān)連接DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，通過電感的電流為：當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，由于輸出電流的連續(xù)，二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo-Vi）*Toff。當(dāng)開關(guān)處于斷開期間，存儲(chǔ)在電感的能量釋放到輸出端，同時(shí)電源端的電壓也加到輸出端，即為Vo=Vi+VLDC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理

當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，（Vi）*Ton=（Vo-Vi）*Toff，由于占空比D<1，所以Vi<Vo，實(shí)現(xiàn)升壓功能。DC-DC電源分類及工作原理當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷1.3Buck-boostconverter（降壓升壓型）

Vo=Vin*D/(1-D)Vo<Vin,當(dāng)D<0.5Vo>Vin,當(dāng)D>0.5

DC-DC電源分類及工作原理升降壓變換器原理圖1.3Buck-boostconverter（降壓升壓（1）開關(guān)連接當(dāng)開關(guān)處于連接狀態(tài)時(shí)，通過電感的電流為：更換當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，此時(shí)電感由電壓（Vi）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi）*Ton。當(dāng)開關(guān)處于連接期間，電源輸出的能量存儲(chǔ)在電感當(dāng)中，同時(shí)已充電的電容給負(fù)載供電，負(fù)載電壓極性與電源電壓相反。DC-DC電源分類及工作原理（1）開關(guān)連接DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，通過電感的電流為：當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo）*Toff。當(dāng)開關(guān)處于斷開期間，存儲(chǔ)在電感中的能量釋放出來，傳送給負(fù)載和電容，此時(shí)負(fù)載電壓極性與電源極性相反。DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理

當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，增加的磁通等于減少的磁通，（Vi）*Ton=（Vo）*Toff，根據(jù)Ton比Toff值不同，可能Vi<Vo，也可能Vi>Vo。DC-DC電源分類及工作原理當(dāng)開關(guān)閉合與開典型電路分析非MOS開關(guān)管集成的RT8105TI公司TPS54627TI公司TPS54329SY8032E設(shè)計(jì)時(shí)常用的電源芯片G9661典型電路分析非MOS開關(guān)管集成的RT8105TI公司TPS5典型電路分析以電源芯片TPS54329為例芯片內(nèi)部原理框圖4.5V至18V輸入,3A同步降壓；輸出電壓范圍：0.76V-7.0V；可調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)時(shí)間、過電流保護(hù)、低電壓鎖定保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)；8管腳封裝，底部中間有地；軟啟動(dòng)控制軟啟動(dòng)時(shí)間通過分壓電阻獲取反饋電壓欠壓鎖定保護(hù)確保高側(cè)FET良好導(dǎo)通典型電路分析以電源芯片TPS54329為例芯片內(nèi)部原理框圖4典型電路分析芯片運(yùn)用的原理圖

直流增益是由輸出電壓決定，所需的電感值將隨著輸出電壓的增加而增加。對(duì)于等于或高于1.8V的輸出電壓，通過增加一個(gè)前饋電容（C4）與R1并聯(lián)可將相位提高。典型電路分析芯片運(yùn)用的原理圖直流增益是由輸出電壓決定，所PWM控制原理

開關(guān)電源利用對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓。脈沖調(diào)制方式主要分為：PFM（PulseFrequencyModulation）：脈沖頻率調(diào)制【特點(diǎn)：對(duì)于外圍電路相同，在峰值效率以前，其效率遠(yuǎn)比PWM的高，且響應(yīng)速度較快；但不易實(shí)現(xiàn)，通常被應(yīng)用于DC-DC轉(zhuǎn)換器來提高輕負(fù)載效率】；PWM（PulseWidthModulation）：脈沖寬度調(diào)制【特點(diǎn)：在重載時(shí)效率高、噪音低且較于PFM易于實(shí)現(xiàn)，成為目前主流技術(shù)】；工作在節(jié)電模式下的轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載電流條件下使用PFM模式，在較重負(fù)載電流條件下使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)模式。PWM控制原理

PWM開關(guān)穩(wěn)壓器基本工作原理就是在輸入電壓變化、內(nèi)部參數(shù)變化、外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。

PWM控制方式：電壓控制模式、電流控制模式（1）電壓控制模式：利用輸出電壓作為反饋控制信號(hào)，占空比正比于實(shí)際輸出電壓與理想輸出電壓之間的誤差差值。（2）電流控制模式：同時(shí)采用電流和負(fù)載電壓作為控制信號(hào)，占空比正比于額定輸出電壓與變換器控制電流函數(shù)之間的誤差差值。PWM控制原理PWM開關(guān)穩(wěn)壓器基本工作原理就是在輸入電壓3.1典型的電壓控制模式

控制回路包括由R1和RB組成的電阻分壓器、電壓誤差放大器、PWM比較器(又稱

PWM調(diào)制器)以及功率管驅(qū)動(dòng)電路等模塊。圖中Vref是由帶隙基準(zhǔn)源提供的基準(zhǔn)電

壓，斜坡振蕩器提供斜坡輸入信號(hào)Vramp，它的頻率等于開關(guān)頻率。uGVc（t）VrampPWM控制原理3.1典型的電壓控制模式控制回路包括由穩(wěn)壓過程（1）當(dāng)輸出電壓U0增大時(shí)，取樣電壓UNI會(huì)同時(shí)增大，可簡(jiǎn)述為：（2）當(dāng)輸出電壓U0減小時(shí)，取樣電壓UNI會(huì)同時(shí)減小，可簡(jiǎn)述為：UoUNIUc（t）UG的d（t）UoUoUNIUc（t）UG的d（t）UoPWM控制原理穩(wěn)壓過程PWM控制原理優(yōu)點(diǎn)：（1）PWM三角波幅值較大，脈沖寬度調(diào)節(jié)時(shí)具有較好的抗噪聲裕量；（2）占空比調(diào)節(jié)不受限制；（3）對(duì)輸出負(fù)載的變化有較好的響應(yīng)調(diào)節(jié)；缺點(diǎn)：（1）對(duì)輸入電壓與負(fù)載電流的變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較慢：因?yàn)橄到y(tǒng)為響應(yīng)負(fù)載電流或輸入電源的變化，必須“等待”負(fù)載電壓的相應(yīng)變化，由此引起控制信號(hào)Verr的變化后，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比d的調(diào)節(jié)。通常這種等待或延遲會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)壓特性。

（2）輸出LC濾波器給控制環(huán)增加了雙極點(diǎn)，在補(bǔ)償設(shè)計(jì)誤差放大器時(shí)，需要將主極點(diǎn)低頻衰減，或者增加一個(gè)零點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。PWM控制原理優(yōu)點(diǎn)：（1）PWM三角波幅值較大，脈沖寬度調(diào)節(jié)時(shí)具有較好的抗3.2典型的電流控制模式采用電流模式控制可以消除電壓控制模式的“等待”問題。峰值電流控制模式PWM開關(guān)電源系統(tǒng)PWM控制原理3.2典型的電流控制模式采用電流模式控制可以消除電壓控制模

電路中的振蕩器產(chǎn)生頻率為fs的線性斜坡信號(hào)和頻率fs同步送出正窄脈沖信號(hào)；此外，電路中還增設(shè)了檢測(cè)電感電流信號(hào)的電流檢測(cè)電阻RS、電流檢測(cè)放大器和RS觸發(fā)器。RS和電流檢測(cè)放大器用于產(chǎn)生正比于電感電流瞬時(shí)值的電壓Vsens，RS觸發(fā)器用于實(shí)現(xiàn)依據(jù)電感電流瞬時(shí)值的大小控制功率管截止的時(shí)刻。由誤差放大器對(duì)基準(zhǔn)電壓Vref和負(fù)載電壓分量Vo(Rb/(Ri+Rb))之間的差值進(jìn)行放大，得到控制信號(hào)VC。由于在一個(gè)開關(guān)周期時(shí)間內(nèi)，負(fù)載電壓的變化量很小，可近似認(rèn)為在同一個(gè)開關(guān)周期時(shí)間內(nèi)Vc值不變，以Vc表示。Vc被送到PWM比較器的反相輸入端:而送至PWM比較器的同相輸入端的，則是由Vsens和斜坡補(bǔ)償信號(hào)Vramp相加后得到合成信號(hào)(Vsens+Vramp)。PWM控制原理電路中的振蕩器產(chǎn)生頻率為fs的線性斜坡信號(hào)PWM控制原理電流控制PWM的優(yōu)點(diǎn)：（1）暫態(tài)閉環(huán)響應(yīng)較快，對(duì)輸入電壓的變化和輸出負(fù)載的變化的瞬態(tài)響應(yīng)均快；（2）瞬時(shí)峰值電流限流功能；（3）輸出電壓的調(diào)整可與電壓模式控制的輸入電壓前饋技術(shù)相媲美。缺點(diǎn)：（1）占空比大于50%的開環(huán)不穩(wěn)定性，存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差；（2）容易發(fā)生次諧波振蕩。PWM控制原理電流控制PWM的優(yōu)點(diǎn)：關(guān)鍵器件選擇

電感Q值：也叫電感的品質(zhì)因素，是衡量電感器件的主要參數(shù)。是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。Q值過大，引起電感燒毀，電容擊穿，電路振蕩。4.1輸出電感·作用

能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來。由于電感電流不可突變從而維持整個(gè)開關(guān)周期電流的持續(xù)輸出。關(guān)鍵器件選擇電感Q值：也叫電感的品質(zhì)因素，是衡4.1

較大的電感提供較低的峰值電流和較低的損耗，可以提高效率，還可以減小紋波電流和紋波電壓；較小的電感通常帶來較低的效率，但是由于其電流有更快速變化的能力，在負(fù)載變化時(shí)可以提供更快速的響應(yīng)。感值選擇

電感的大小可以根據(jù)紋波電流計(jì)算得到：

（?IL取負(fù)載電流的30%左右）飽和電流電感飽和電流一般為電感峰值電流的1.25~1.5倍,如果小于電路的峰值電流,那么電感量就會(huì)變小，達(dá)不到濾波效果。

關(guān)鍵器件選擇 較大的電感提供較低的峰值電流和較低的損耗，可以4.2分壓電阻作用

輸出電壓通過R1和R2組成分壓網(wǎng)絡(luò)反饋給控制電路，控制PWM占空比，從而控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。所以分壓電阻很重要的作用是設(shè)置Buck電路的輸出電壓值。計(jì)算公式如下：精度選擇

為確保電路的高精確度，分壓電阻一般選用精度為1%。關(guān)鍵器件選擇4.2分壓電阻關(guān)鍵器件選擇4.3輸入電容電容特性

右圖為實(shí)際的電容模型。 故其實(shí)際阻抗為：

當(dāng)頻率較低時(shí)，可忽略jwL,電容呈容性； 當(dāng)頻率較高時(shí)，可忽略1/jwC,電容呈感性； 當(dāng)jwL+1/jwL=0時(shí)，電容呈電阻特性，此時(shí)阻抗最小，對(duì)應(yīng)的頻率為自然諧振頻率f0。 大容值的電容通常具有較大的等效電感，因而其自諧振頻率較小，所以比較適合用于濾除低頻干擾噪聲；小容值的電容通常等效電感也較小，因此自諧振頻率較大，所以適合用于濾除高頻干擾噪聲。利用不同電容組合并聯(lián)的形式，可以起到很好的濾波效果。關(guān)鍵器件選擇4.3輸入電容關(guān)鍵器件選擇輸入電容的作用

輸入電容的作用是保持輸入電壓穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，并且濾除輸入直流電壓中的交流成分。 如右下圖，C1電容起到儲(chǔ)能作用，當(dāng)邏輯器件狀態(tài)變化時(shí)提供一個(gè)瞬態(tài)電流，減小電源瞬變及跌落，保持電源完整性。一般為鋁電解電容。 C2、C3是濾波電容。電容能夠“通交流、阻直流”，輸入信號(hào)中的交流成分可以通過電容排到大地，剩下純凈的直流成分。其中大電容濾除低頻成分、小電容濾除高頻成分。關(guān)鍵器件選擇輸入電容的作用關(guān)鍵器件選擇4.4輸出電容作用 輸出電容的作用是濾除開關(guān)紋波。C越大，ZC越小，當(dāng)電容阻抗遠(yuǎn)大于負(fù)載阻抗R時(shí)，幾乎所有的電感電流紋波都流經(jīng)電容。電容電流波形iC(t)等于電感電流波形去掉直流成分后的交流成分。 輸出紋波電壓由容量和ESR共同決定。 由容值引起的紋波：

由ESR引起的紋波：

輸出紋波：關(guān)鍵器件選擇4.4輸出電容關(guān)鍵器件選擇容值和ESR選擇

電解電容的容值較大，輸出紋波主要是由ESR造成。要降低紋波，主要是減小ESR。

陶瓷電容的ESR很小，要降低紋波，主要是增大電容。 故輸出電容一般選擇具有較大容值和較小ESR的電容，為減小ESR，可采用多個(gè)瓷片電容并聯(lián)的形式。關(guān)鍵器件選擇容值和ESR選擇關(guān)鍵器件選擇DC-DC電源PCB布局

輸入開關(guān)電流環(huán)路盡可能小、保持模擬和非開關(guān)器件遠(yuǎn)離開關(guān)器件、輸出電容必須連接到PGND、電壓反饋環(huán)路應(yīng)盡可能的短，并最好有接地屏蔽、連接到VFB引腳上的電壓分壓器的低電阻應(yīng)該與模擬地共地、提供足夠的通孔給VIN,SW和PGND連接、VIN輸入旁路電容和VIN高頻旁路電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置。PCB布局圖TPS54329應(yīng)用圖DC-DC電源PCB布局輸入開關(guān)電流環(huán)路盡可能小、保問題1、輸出反饋端的電容有什么作用，接上與不接有什么區(qū)別？2、VBST與SW之間的電容有什么作用？3、為什么輸入端要接三個(gè)不同容值的電容？那都是濾波，不同容值范圍的電容有什么作用？4、感抗容抗與頻率有何關(guān)系？5、電感Q值是否越大越好？問題1、輸出反饋端的電容有什么作用，接上與不接有什么區(qū)別？THANKYOU！！DCDC電源基礎(chǔ)知識(shí)專題培訓(xùn)課件DCDC電源基礎(chǔ)知識(shí)DCDC電源基礎(chǔ)知識(shí)目錄1、DC-DC電源分類及工作原理2、DC-DC電源典型電路分析3、PWM控制原理4、關(guān)鍵器件選擇5、DC-DC電源PCB布局目錄

DC-DC電源是一類直流轉(zhuǎn)換為直流的電源。應(yīng)用：

數(shù)字電路、電子通信設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感遙測(cè)、地面雷達(dá)、消防、設(shè)備和醫(yī)療器械教學(xué)設(shè)備等諸多領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：

功耗小、效率高、體積小、重量輕、可靠性高、自身抗干

擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化。

DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理3.3V-1.5V12V-3.3V3.3V-1.1VDC-DC電源分類及工作原理3.3V-1.5V12V-

DC-DC電源可分為三大類：?Buckconverter(降壓型)?Boostconverter(升壓型)?Buck-boostconverter(降壓升壓型)DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源可分為三大類：DC-DC電源分類1.1Buckconverter（降壓型）Vo=Vin*DD<1，Vo<VinDC-DC電源分類及工作原理

降壓變換器原理圖LC輸出濾波續(xù)流二極管1.1Buckconverter（降壓型）Vo=Vin*(1)開關(guān)連接當(dāng)開關(guān)處于連接狀態(tài)時(shí)，電感電流為：

電感兩端的電壓為（Vi-Vo），此時(shí)電感由電壓（Vi-Vo）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi-Vo）*Ton。此期間，電感存儲(chǔ)能量，同時(shí)電路對(duì)電容充電和給負(fù)載供電。DC-DC電源分類及工作原理(1)開關(guān)連接DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，電感電流為當(dāng)開關(guān)處于斷開期間，由于輸出電流的連續(xù)，二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo）*Toff。存儲(chǔ)在電感和電容里的能量釋放出來給負(fù)載，通過續(xù)流二極管形成回路。DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理

當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，（Vi-Vo）*Ton=（Vo）*Toff，由于占空比D<1，所以Vi>Vo，實(shí)現(xiàn)降壓功能。DC-DC電源分類及工作原理當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷1.2Boostconverter（升壓型)DC-DC電源分類及工作原理

升壓變換器原理圖Vo=Vin/(1-D)

D<1，Vo>Vin升壓電感濾波電容1.2Boostconverter（升壓型)DC（1）開關(guān)連接當(dāng)開關(guān)處于連接狀態(tài)時(shí)，通過電感的電流為：當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入電壓加在電感上，此時(shí)電感由電壓（Vi）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi）*Ton。DC-DC電源分類及工作原理（1）開關(guān)連接DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，通過電感的電流為：當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，由于輸出電流的連續(xù)，二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo-Vi）*Toff。當(dāng)開關(guān)處于斷開期間，存儲(chǔ)在電感的能量釋放到輸出端，同時(shí)電源端的電壓也加到輸出端，即為Vo=Vi+VLDC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理

當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，（Vi）*Ton=（Vo-Vi）*Toff，由于占空比D<1，所以Vi<Vo，實(shí)現(xiàn)升壓功能。DC-DC電源分類及工作原理當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷1.3Buck-boostconverter（降壓升壓型）

Vo=Vin*D/(1-D)Vo<Vin,當(dāng)D<0.5Vo>Vin,當(dāng)D>0.5

DC-DC電源分類及工作原理升降壓變換器原理圖1.3Buck-boostconverter（降壓升壓（1）開關(guān)連接當(dāng)開關(guān)處于連接狀態(tài)時(shí)，通過電感的電流為：更換當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，此時(shí)電感由電壓（Vi）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi）*Ton。當(dāng)開關(guān)處于連接期間，電源輸出的能量存儲(chǔ)在電感當(dāng)中，同時(shí)已充電的電容給負(fù)載供電，負(fù)載電壓極性與電源電壓相反。DC-DC電源分類及工作原理（1）開關(guān)連接DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開當(dāng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，通過電感的電流為：當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo）*Toff。當(dāng)開關(guān)處于斷開期間，存儲(chǔ)在電感中的能量釋放出來，傳送給負(fù)載和電容，此時(shí)負(fù)載電壓極性與電源極性相反。DC-DC電源分類及工作原理（2）開關(guān)斷開DC-DC電源分類及工作原理DC-DC電源分類及工作原理

當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，增加的磁通等于減少的磁通，（Vi）*Ton=（Vo）*Toff，根據(jù)Ton比Toff值不同，可能Vi<Vo，也可能Vi>Vo。DC-DC電源分類及工作原理當(dāng)開關(guān)閉合與開典型電路分析非MOS開關(guān)管集成的RT8105TI公司TPS54627TI公司TPS54329SY8032E設(shè)計(jì)時(shí)常用的電源芯片G9661典型電路分析非MOS開關(guān)管集成的RT8105TI公司TPS5典型電路分析以電源芯片TPS54329為例芯片內(nèi)部原理框圖4.5V至18V輸入,3A同步降壓；輸出電壓范圍：0.76V-7.0V；可調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)時(shí)間、過電流保護(hù)、低電壓鎖定保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)；8管腳封裝，底部中間有地；軟啟動(dòng)控制軟啟動(dòng)時(shí)間通過分壓電阻獲取反饋電壓欠壓鎖定保護(hù)確保高側(cè)FET良好導(dǎo)通典型電路分析以電源芯片TPS54329為例芯片內(nèi)部原理框圖4典型電路分析芯片運(yùn)用的原理圖

直流增益是由輸出電壓決定，所需的電感值將隨著輸出電壓的增加而增加。對(duì)于等于或高于1.8V的輸出電壓，通過增加一個(gè)前饋電容（C4）與R1并聯(lián)可將相位提高。典型電路分析芯片運(yùn)用的原理圖直流增益是由輸出電壓決定，所PWM控制原理

開關(guān)電源利用對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓。脈沖調(diào)制方式主要分為：PFM（PulseFrequencyModulation）：脈沖頻率調(diào)制【特點(diǎn)：對(duì)于外圍電路相同，在峰值效率以前，其效率遠(yuǎn)比PWM的高，且響應(yīng)速度較快；但不易實(shí)現(xiàn)，通常被應(yīng)用于DC-DC轉(zhuǎn)換器來提高輕負(fù)載效率】；PWM（PulseWidthModulation）：脈沖寬度調(diào)制【特點(diǎn)：在重載時(shí)效率高、噪音低且較于PFM易于實(shí)現(xiàn)，成為目前主流技術(shù)】；工作在節(jié)電模式下的轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載電流條件下使用PFM模式，在較重負(fù)載電流條件下使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)模式。PWM控制原理

PWM開關(guān)穩(wěn)壓器基本工作原理就是在輸入電壓變化、內(nèi)部參數(shù)變化、外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。

PWM控制方式：電壓控制模式、電流控制模式（1）電壓控制模式：利用輸出電壓作為反饋控制信號(hào)，占空比正比于實(shí)際輸出電壓與理想輸出電壓之間的誤差差值。（2）電流控制模式：同時(shí)采用電流和負(fù)載電壓作為控制信號(hào)，占空比正比于額定輸出電壓與變換器控制電流函數(shù)之間的誤差差值。PWM控制原理PWM開關(guān)穩(wěn)壓器基本工作原理就是在輸入電壓3.1典型的電壓控制模式

控制回路包括由R1和RB組成的電阻分壓器、電壓誤差放大器、PWM比較器(又稱

PWM調(diào)制器)以及功率管驅(qū)動(dòng)電路等模塊。圖中Vref是由帶隙基準(zhǔn)源提供的基準(zhǔn)電

壓，斜坡振蕩器提供斜坡輸入信號(hào)Vramp，它的頻率等于開關(guān)頻率。uGVc（t）VrampPWM控制原理3.1典型的電壓控制模式控制回路包括由穩(wěn)壓過程（1）當(dāng)輸出電壓U0增大時(shí)，取樣電壓UNI會(huì)同時(shí)增大，可簡(jiǎn)述為：（2）當(dāng)輸出電壓U0減小時(shí)，取樣電壓UNI會(huì)同時(shí)減小，可簡(jiǎn)述為：UoUNIUc（t）UG的d（t）UoUoUNIUc（t）UG的d（t）UoPWM控制原理穩(wěn)壓過程PWM控制原理優(yōu)點(diǎn)：（1）PWM三角波幅值較大，脈沖寬度調(diào)節(jié)時(shí)具有較好的抗噪聲裕量；（2）占空比調(diào)節(jié)不受限制；（3）對(duì)輸出負(fù)載的變化有較好的響應(yīng)調(diào)節(jié)；缺點(diǎn)：（1）對(duì)輸入電壓與負(fù)載電流的變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較慢：因?yàn)橄到y(tǒng)為響應(yīng)負(fù)載電流或輸入電源的變化，必須“等待”負(fù)載電壓的相應(yīng)變化，由此引起控制信號(hào)Verr的變化后，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比d的調(diào)節(jié)。通常這種等待或延遲會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)壓特性。

（2）輸出LC濾波器給控制環(huán)增加了雙極點(diǎn)，在補(bǔ)償設(shè)計(jì)誤差放大器時(shí)，需要將主極點(diǎn)低頻衰減，或者增加一個(gè)零點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。PWM控制原理優(yōu)點(diǎn)：（1）PWM三角波幅值較大，脈沖寬度調(diào)節(jié)時(shí)具有較好的抗3.2典型的電流控制模式采用電流模式控制可以消除電壓控制模式的“等待”問題。峰值電流控制模式PWM開關(guān)電源系統(tǒng)PWM控制原理3.2典型的電流控制模式采用電流模式控制可以消除電壓控制模

電路中的振蕩器產(chǎn)生頻率為fs的線性斜坡信號(hào)和頻率fs同步送出正窄脈沖信號(hào)；此外，電路中還增設(shè)了檢測(cè)電感電流信號(hào)的電流檢測(cè)電阻RS、電流檢測(cè)放大器和RS觸發(fā)器。RS和電流檢測(cè)放大器用于產(chǎn)生正比于電感電流瞬時(shí)值的電壓Vsens，RS觸發(fā)器用于實(shí)現(xiàn)依據(jù)電感電流瞬時(shí)值的大小控制功率管截止的時(shí)刻。由誤差放大器對(duì)基準(zhǔn)電壓Vref和負(fù)載電壓分量Vo(Rb/(Ri+Rb))之間的差值進(jìn)行放大，得到控制信號(hào)VC。由于在一個(gè)開關(guān)周期時(shí)間內(nèi)，負(fù)載電壓的變化量很小，可近似認(rèn)為在同一個(gè)開關(guān)周期時(shí)間內(nèi)Vc值不變，以Vc表示。Vc被送到PWM比較器的反相輸入端:而送至PWM比較器的同相輸入端的，則是由Vsens和斜坡補(bǔ)償信號(hào)Vramp相加后得到合成信號(hào)(Vsens+Vramp)。PWM控制原理電路中的振蕩器產(chǎn)生頻率為fs的線性斜坡信號(hào)PWM控制原理電流控制PWM的優(yōu)點(diǎn)：（1）暫態(tài)閉環(huán)響應(yīng)較快，對(duì)輸入電壓的變化和輸出負(fù)載的變化的瞬態(tài)響應(yīng)均快；（2）瞬時(shí)峰值電流限流功能；（3）輸出電壓的調(diào)整可與電壓模式控制的輸入電壓前饋技術(shù)相媲美。缺點(diǎn)：（1）占空比大于50%的開環(huán)不穩(wěn)定性，存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差；（2）容易發(fā)生次諧波振蕩。PWM控制原理電流控制PWM的優(yōu)點(diǎn)：關(guān)鍵器件選擇

電感Q值：也叫電感的品質(zhì)因素，是衡量電感器件的主要參數(shù)。是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。Q值過大，引起電感燒毀，電容擊穿，電路振蕩。4.1輸出電感·作用

能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來。由于電感電流不可突變從而維持整個(gè)開關(guān)周期電流的持續(xù)輸出。關(guān)鍵器件選擇電感Q值：也叫電感的品質(zhì)因素，是衡4.1

較大的電感提供較低的峰值電流和較低的損耗，可以提高效率，還可以減小紋波電流和紋波電壓；較小的電感通常帶來較低的效率，但是由于其電流有更快速變化的能力，在負(fù)載變化時(shí)可以提供更快速的響應(yīng)。感值選擇

電感的大小可以根據(jù)紋波電流計(jì)算得到：

（?IL取負(fù)載電流的30%左右）飽和電流電感飽和電流一般為電感峰值電流的1.25~1.5倍,如果小于電路的峰值電流,那么電感量就會(huì)變小，達(dá)不到濾波效果。

關(guān)鍵器件選擇 較大的電感提供較低的峰值電流和較低的損耗，可以4.2分壓電阻作用

輸