丸子~

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关于DC-DC电源的总体概述

2020-11-19 11:34:04 显示全部楼层

图(1)


DC-DC变换器是将一种直流电转换成另一种固定的或者可调的直流电压,也称为直流---直流变换器。


通常把DC-DC电源分成两类:线性稳压电源和开关稳压电源。当然除了以上两种电源外,还有一种使用稳压管的小电源。

线性稳压电源,是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。原理框图如图(2)下:

图(2)

从该图可以看出反馈的电压控制图中基极的电流源的电流大小来驱动三极管,当vout偏小时,基极的电流将增大增加驱动能力,把电压上拉;当vout偏大时,基极电流将减小,从而减小输出,达到稳定电压的目的。其优点是成本低噪音小。缺点是效率低,输出电流小,只能用在降压的场合。——具体原理可见《LDO深入介绍.doc》。


而开关电源中则不一样,开关管是工作在开、关两种状态下的。它利用无源元件电感和电容的能量储存特性,从输入电压获得能量,暂时把能量以磁场的形式存储在电感中,或者以电场的形式存储在电容之中,然后将其变换到负载,实现DC/DC变换。缺点是噪声大,优点是效率高,输出电流较大,既能降压又能升压。


图(1)是我们对DC-DC变换器常用的分类。所谓的隔离型和非隔离型,是指在应用中有无使用变压器。而通常芯片内部都是采用非隔离型,隔离型一般在自己搭建电源(不采用集成电源芯片)使用到——具体应用可见《DCDc模块常见电路拓扑.ppt》,在该PPT中详细说明了各种隔离型电源基本拓扑结构。




开关电源DC-DC变换器可分为几种类型:降压型(Buck),升压型(Boost)和升压-降压型(Boost-Buck)。


boost-buck型中可以把二极管改为受PWM波控制的三极管或者是mos管。

   

通常来说,开关电源DC-DC有三种最常见的调制方式,分别为脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)和跨周期调制(PSM)。


1) PWM方式 (周期TS不变,改变导通时间Ton)

PWM方式,可称之为定频调宽,即开关频率保持恒定,而通过改变在每一个周期内的驱动信号的占空比来达到调制的目的,这是最常用的一种调制方式。当输出电压发生变化时,通过环路的控制,便会使驱动信号的占空比发生改变,从而维持输出电压的恒定。

作为最常用的调制方式,PWM方式有以下优点:控制电路简单,易于设计与实现,输出纹波电压小,频率特性好,线性度高,并且在重负载的情况下有及高的效率。其缺点是随着负载的变轻,其效率也下降,尤其是轻负载的情况下,其效率很低。

2) PFM方式 (导通时间Ton不变,周期TS改变)

PFM模式在正常工作时,驱动信号的脉冲宽度保持恒定,但脉冲出现的频率发生改变,即所谓的定宽调频。当输出电压发生变化时,通过环路的调整,而使脉冲出现的频率发生改变,从而实现对电路的控制与调整。PFM又可以分为恒定驱动信号的高电位时间以及恒定驱动信号的低电平时间两种方式。

在具有模式切换的DC-DC电路中,PFM也是很常见到的一种调制试。这种调制方式的优点是:在轻负载的情况下,效率很高,并且频率特性也十分好。但是在重负载的情况下,其效率会明显低于PWM方式,并且由于其纹波的频谱比较分散,没有多少规律,这使得滤波电路的设计变得十分复杂与困难。

3) PSM方式

PSM方式,可称之为定频定宽。其驱动信号的频率与宽度都保持恒定,只是,当负载为最重的情况时,驱动信号满频工作,当负载变轻时,驱动信号就会跳过一些开关周期,在被跨过的周期内,开关功率管一直保持为关断的状态。当负载发生变化时,通过改变跨过周期的数目以及跨周期出现的次数,来实现对系统的调整与控制。

相对于前面的两种控制方式,PSM方式在工业上的应用要晚一些。相比于PWM方式,在轻负载的情况下,PSM要有更高的效率,并且其开关损耗与系统的输出功率成正比,与负载的变化情况关系不大。但是这种调控方式,会使输出电压有着比较大的纹波电压,不适合用于为对电源电压精度要求很高的一些系统供电。



综上,PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用,尤其小负载时具有耗电小的优点。



在实际应用中,其工作的调制方式一般是混用和切换的。通常分为以下几种模式:突发调制模式burst、PFM/PWM双模式(轻载时PFM,重载时PWM)和 burst/PWM双模式(轻载时burst,重载时PWM)


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丸子~

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丸子~ 2020-11-19 18:27:20 显示全部楼层
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丸子~ 2020-11-19 18:28:57 显示全部楼层
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丸子~ 2020-11-19 18:29:49 显示全部楼层
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丸子~ 发表于 2020-11-19 18:29
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