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【48812】开关电源Buck-Boost电路原理剖析

  改换电路,其输出电压既可低于也可高于输入电压,输出电压极性即可认为正电压也可认为负电压。

  最简略的Buck-Boost电路简图如下图所示,电路分别由开关管S、二极管D、电感L、输出电容C、负载R组成:

  开关管导通时,S相当于短路,电感L直接接到电源两头,因为电感电流不能骤变(变大),电感会发生反向电动势阻挠电流变大,电感电压极性为上正下负,此刻,二极管D处于截止状况,相当于断路,如图所示。此刻电感在充电,电感两头电压VL=Vin,电流跟着时刻不断变大;负载由输出电容供电,电容放电,其两头电压即输出电压跟着时刻不断减小。当开关管导通时,示意图见下图。

  开关管封闭时,相当于断路,电感L两头电流变小,但电感电流不能骤变,电感会发生反向电电动势,电感电压极性为上负下正,电感放电,此刻二极管导通,电感为负载供电,给输出电容充电,电感两头电压为VL=Vout。当开关管封闭时,电路示意图见下图。由图可知,负载两头电压即输出电压极性与输入电压极性相反。

  开关管导通时,电感电压等于输入端电压VIN;开关管关断时,电感电压等于输出端电压VOUT。设TS为周期,TON为导通时刻,TOFF为关断时刻,D为占空比(D=Ton/TS)。

  由上述公式可知:占空比小于0.5时,输出降压;占空比大于0.5时,输出升压。

  一般现在运用的芯片集成度现已比较高,进行电路设计时要点在于外围电路选型比方电感、输出电容等,开关管和二极管一般集成在芯片内部。

  如下图所示,与1.1节描绘的反极性电路比较,这是真实意义上的Buck电路加Boost电路。经过操控开关管S1、S2来完成电路作业在BUCK形式和BOOST形式以此来完成升降压。

  由1.2节介绍可知,电路存在两个二极管,关于高效率需求并不友爱,因而现在一般选用同步Buck-Boost电路,将两个二极管运用两个开关管来替代,即四开关管Buck-Boost电路,如下图所示。

  四开关同步Buck-Boost电源内部操控电路操控开关管周期性导通或断开,经过调理开关管状况(如占空比等),操控输出电压的巨细。其根底原理是经过严控开关电路的导通和截止时刻,完成对输出电压的有用调理,从而到达降压和升压的意图。

  当输入电压远大于输出电压时,电源IC作业在降压形式。即S4处于常闭、S3处于常开,经过驱动S1和S2周期性地导通封闭,如下图所示,此刻电路为同步Buck电路结构,即和Buck电路作业方式相同。当S1 闭合、S2断开时,电流流向示意图如赤色虚线闭合时,电流流向示意图如蓝色虚线 Boost 形式

  当输入电压远小于输出电压时,电源IC作业在升压形式。即S1处于常闭、S2处于常开状况,经过驱动S3和S4周期性地导通封闭,如下图所示,此刻电路为同步Boost电路结构,即和Boost电路作业方式相同。当S4 闭合、S3断开时,电流流向示意图如赤色虚线闭合时,电流流向示意图如蓝色虚线 Buck- Boost 形式

  当输入电压和输出电压附近时,电源IC作业在Buck- Boost形式。假定作业在Buck形式时,当Vin下降挨近Vout,到达Buck形式最大占空比时,电路会主动将开关管作业状况切换到Buck- Boost 形式。假定作业在Boost形式时,Vin增大挨近Vout,到达Boost最小占空比时,电路会主动将开关管作业状况切换到Buck- Boost 形式。在Buck- Boost 形式下,四个开关管会一同进行导通/封闭操作。此形式是一种过度和自适应形式,作业状况切换主要是由占空比决议。

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