全球快资讯:升压型DC-DC的工作路径和工作原理

来源:硬件系统架构师   2023-06-06 18:54:52
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DC-DC------升压型的工作原理

1.升压型DC-DC的工作路径

图3-1红色箭头表示开关元件打开时的电流流向:正极--->电感(此时对电感进行充能)--->开关元件--->GND。


【资料图】

图3-1:开关元件打开时电流流向

图3-2绿色箭头表示开关元件关闭时的电流流向:电感(此时电感进行放能)--->--->续流元件--->Cout--->负载--->GND。

图3-2:开关元件关闭时电流流向

输出电压与基准电压进行比较,检查输出电压是否为设定电压,低于设定电压时,开关变为OFF,电感叠加VIN输出供电,此时,电感会反向释放电动势能量。如果输出电压高于设定电压,则开关ON,电感不再叠加释放,VIN给电感充能。当电感在蓄积磁能,输出电压开始下降时,开关再度变为OFF。如图3-3是连续过程中的电流波形:

图3-3:关键波形

2.升压型DC-DC的工作原理

工作流程

图3-4:升压型工作流程

S1打开,S2关闭时,电感红色电流路径消失,电感产生反向电动势,叠加在此前的VIN上,形成比VIN更高的电压,此时可以理解为两个电池串联我们前面讲过,电感L 是一个储能元件,当开关管导通的时候,输入的电压对电感充电,形成的回路是:输入VIN→电感L→开关管Q;当开关管关断时,输入的能量和电感能量一起向输出提供能量,形成的回路是:输入VIN→电感L→二极管D(续流元件)→电容C→负载RL,因此这时候输出的电压肯定就比输入的电压高,从而实现升压。

3. 关键工作波形

图3-5:PWM产生

图3-5所示升压转换器的控制回路是通过分压电阻的采样,然后经过误差比较器和基准源比较,最后输出PWM。需要注意的是这种电路在芯片不工作的时候,它的输入到输出就已自然经形成了回路,从输入→电感→二极管→电容→负载,所以如果不是在同步的升压拓扑结构里面,在输入电路部分应该增加一个切换电路,否则在电池供电的时候,电池的电量就白白用完了。1:放大FB信号,使ADJ电压和基准电压相同,2:比较FB电压和三角波,决定应该ON的时间。

图3-6:关键器件波形

4.占空比和升压的关系

升压型的电压、电流范围有上限,根据负载电流,一般约3-5倍左右为上限。FET的ON时间越长,电感蓄积的磁能越多,产生的反向电动势越高,越能升到更高电压。图3-7和图3-8演示了占空比Duty的变化带来的升压量的变化,注意一个细节,升压越高,Vout的波形更加陡峭,也就是毛刺更多更高,EMI也更多,需要额外注意。

图3-7:20%占空比,SW关闭时间占20%

图3-8:80%占空比,SW关闭时间占80%

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