buck降压升压电路知识
(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。
(4)Cuk 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,电容传输。
首先贮存能量,然后以受控方式释放能量,以获得所需的输出电压。
我在网上查到了 BUCK 电路以下的一些驱动方式,现给大家分享一下!
一、 引言 图一所示的单管降压电源,拓扑很简单,但由于 MOSFET 的源极电位不固定,驱动不是很容易。 本文就斩波电源的不同驱动方式,分别就其电路的复杂性、驱动脉冲质量、价格成本以及工作 频率的适应性等方面进行了分析和比较。 二、各种驱动电路分析 1、 电平转换直接驱动
3、 变换 MOSFET 的位置,直接驱动
如图四所示,将 MOS 管移到供电电源的负端,就可用 IC 输出的信号直接驱动。优点是驱动成 本低,缺点一是输出地悬浮,抗干扰性差;二是不能直接引进反馈,需要再加光耦隔离传送。 4、 变压器直接隔离驱动
图 5 所示这种直接驱动方法的突出优点是成本最低,但由于变压器只能传递交流信号,因此输 出的正负脉冲幅值随占空比而变,只适用于占空比在 0.5 左右、而且变化不大的情况。同时由 于变压器的负载是 MOS 管的输入电容,驱动脉冲的前后沿一般不会很理想。 5、 有源变压器驱动
参数带入:
Ipmax≈22.3393939A Ipmax 取 22.34A
4.输出功率最大(Pmax),当 MOS 管导通时的电感电流 Ion 为: Ion=(2*Pout-Ip*Vin*η)/(Vin*η) (6) 参数带入:
Ion≈15.53878788A 5.验正(3)(5)(6)式的正确性: 因电感的取值是在输出功率为最小值(Pmin 为 50W)时,MOS 管导通时的电感电 流等于输出电流(Pmin/Vout)。 参数带入(5)式: Ip=8.13484848A Ip 取 8.13A 参数带入(6)式:
驱动
驱动
驱动
Байду номын сангаас不高,受限于
最高工作频率 比较高
高
光耦
比较高 高
高
最低工作频率 可以很低 可以很低 可以很低
不能很低 不能很低 不能很低
脉冲延时
小
较大
基本无延时 中等
很小
很小
驱动设计量 大
中等
小,但反馈设计量 小
加大
中等
小
装配工作量 大
中等
中等
小
中等
小
驱动部分成本 低
中等
低
最低
中等
中等
占空比变化范围大
大
Ion≈1.339697A
Pmin/Vout≈1.388889A
1.339697A≈1.388889A (3)(5)(6)式正确。因 don,L,Ip 等都是取的近似值所以结果也只能是近似 值。 6.将 Ipmax 带入(4)式:
N≈7.2395 N 取 7.5 圈 7.当 N 为 7.5 圈 L 为 12μH 时 PQ3230 的磁饱和电流 Is 为: Is=(N*Bs*Ae)/L (7) 参数带入: Is=36.225A 100℃时 PQ3230 的饱和磁密 Bs 为 0.36T。 8.气隙 lg 的计算: lg=4πAe[(Np∧2)/(Lp*1000)-1/AL] (8) 式中 Ae 为平方厘米,Lp 为微亨,AL 为 nH/N∧2 AL=5140 参数带入: lg≈0.0909 厘米≈0.9mm 四.确定线径 1.极限状态下电感电流的最大有效值为: Imax-rms=(Pmax*don)/(vin*η)+Pmax/Vout (9)
当主电路的供电电压不太高时,可插入图二所示的电平转换驱动电路。这种方法的优点是成本 较低,缺点一是当输入电压 Vin 较高时不易处理好;二是电平移动驱动部分需要电荷泵供电, 因此电路比较繁复。 2、 光电耦合器隔离驱动
这是一种常用的方法,如图三所示,优点是电路比较成熟,但光耦次级需要隔离电源,由于光 耦的速度不是很快,工作频率不能太高,并可能降低电源的瞬态响应速度。
参数带入: Imax-rms≈18.434343 Imax-rms 取 18A 2.线径取 300 圆密尔每安培 18*300=5400 圆密尔=3.483864mm∧2 采用线径为 0.2mm 的铜线 110 根 3.绕线管踋示意图
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D 为充电占空比,既 MOSFET 导通时间。0<1。< p="">
开关性稳压电源的效率很高,但输出纹波电压较高,噪声较大,电压调整率等性能也较差, 特别是对模拟电路供电时,将产生较大的影响。
因开关电源工作效率高,一般可达到 80%以上,故在其输出电流的选择上,应准确测量或 计算用电设备的最大吸收电流,以使被选用的开关电源具有高的性能价格比,通常输出计算公 式为: Is=KIf 式中:Is—开关电源的额定输出电流; If—用电设备的最大吸收电流; K—裕量 系数,一般取 1.5~1.8;
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。
DC-DC 分为 BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST 三类 DC-DC。其中 BUCK 型 DC-DC 只能降压,降压公 式:Vo=Vi*D
BOOST 型 DC-DC 只能升压,升压公式:Vo= Vi/(1-D)
BUCK-BOOST 型 DC-DC,即可升压也可降压,公式:Vo=(-Vi)* D/(1-D)
用变压器传送信号,次级另加隔离电源和放大电路,如图 6 所示。因为变压器只传送信号,因 此响应比较快,工作频率可以很高,次级有源,可以输出比较陡峭的脉冲信号。缺点是要有一 路隔离的电源供给。
6、 采用新型隔离驱动组件直接驱动
图 7 示出的是采用 KD103(原 CMB3)型驱动模块的斩波电路,该驱动组件是北京落木源公司开
求的变压器体积比较大,同时成本稍高些,但考虑到简化了设计、并降低了装配成本,总成本
可能还要低些。
三、结语
下表总结了上面的分析,可以看出,在大多数情况下,采用 KD103(原 CMB3)专用斩波隔离驱
动器是较佳的选择。
电平移位
变压器直接 有源变压器 TX-KD 模块
光耦隔离驱动 MOS 管移位驱动
驱动
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。
电容式开关电源
它们能使输入电压升高或降低,也可以用于产生负电压。其内部的 FET 开关阵列以一定方 式控制快速电容器的充电和放电,从而使输入电压以一定因数(0.5,2 或 3)倍增或降低,从而得 到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达 80%的效率,而且只需外接陶瓷电容。 由于电路是开关工作的,电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和 EMI(电磁干扰)
发出的单管隔离驱动器。该款驱动器使用变压器隔离,采用分时技术,在输入信号的上升和下
降沿传递 PWM 的信号,在平顶阶段传递能量,因而能够输出陡峭的驱动脉冲。这种驱动方法
的优点是使用方便(在 MOSFET 功率不大时,只要如图 7 连接就可以了),驱动脉冲质量好,
工作频率高,体积较小,输入电压最高可达 1000V,价格也比较便宜。缺点是工作频率低时要
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。
大
小
比较大 大
高压工作
较高不易 高
不宜较高
高
高
高
BOOST 电路参数计算公式 己知参数: 输入电压: 12V Vin 占空比: don 输出电压: 36V Vout 输出额定功 率: 150W Pmon 输出最大功率: 200W Pmax 输出最小功率: 50W Pmin 升 压二极管压降:1V Vd 工作频率: 100KHZ f 设效率为: 88% η 一.占空比 稳定工作时,第个开关周期导通期间电感电流的增加等于关断期间电感 电流的减小。 即: (Vi*don)/(f*L)=[(Vout+Vd-Vi)*(1-don)]/(f*L) (1) 整理得: Don=(Vout+Vd-Vi)/(Vout+Vd) (2) 参数带入: don≈0.6756756757 don 取 0.68 二.电感量的计算 设每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感量。 电感量 L: L=(Vin∧2*don*Vout*η)/[2*f*Pout(Vout-Vin*η)] (3) 式中 L 为H 当输出功率 Pout 为 50W 时 参数带入: L≈12.1938μH L 取 12μH 三.确定磁芯、匝数和气隙 1.采用磁芯 PQ3230,其 Ae=161mm2 ,取 Bmax=0.23T, 2.匝数 N: N=(L*Ipmax)/(Bmax*Ae) (4) 2 式中 L 为μH ,Ae 为 mm,Bmax 为 T,Ipmax 为输出最大功率时的峰 值电流 A 3.当输出(Pout)为最大值(Pmax)时峰值电流(Ipmax)为: Ipmax=(2*Pout*L*f+Vin∧2*don*η)/(2*Vin*f*L*η) (5) 式中 L 为 H