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DC-DC开关电源简介

一、开关电源主要参数

对于一个DC-DC电源,我们一般可用以下参数去衡量其性能的好坏,判断此电源是否满足使用的要求。

1) 输入范围:指DC-DC电源允许的输入电压范围。一般指定最低输入电压和最高输入电压,如4.75~18V、2.5~5.5V。设计时,需要考虑输入电压的范围,选择合适的电源方案。

2) 输出电压:DC-DC电源标称的输出电压,如5V、3.3V。

3) 最大输出电流:电源标称能正常输出的最大电流。在设计中,实际输出电流必须小于最大输出电流,并保证10~20%的余量。

4) 稳压精度:指输出电压的相对变化量,如±5%,±10%。批量生产时,不同的电源由于物料差异,会存在电压的偏差;对于同一个电源,在不同的工作状态下输出电压也会存在波动。设计时,要求任何工作状态下,电压不能超出使用要求的范围。

5) 纹波电压:输出电压的纹波(包括噪声)的绝对值,通常以峰峰值或有效值表示。在不同的输出电流下,电源的纹波电压会有所不同。在设计中,须测试验证电源在各种工作状态下的纹波电压。

6) 工作频率:DC-DC开关电源的特有参数,指工作时开关频率的大小。一般工作频率越高,每个开关周期传递的能量相对较小,因此可以选择更小的电感值、电容值,有利于电源的小型化。常用的MP1482DS、AP3502工作频率为340KHz,MP2104DJ工作频率为1.7MHz,SY8088工作频率为1.5MHz。

7) 动态响应(动态纹波):输出电流在一定范围(如10%-100%)变化时,输出电压产生的纹波。实际上,样机工作时需求的电流是变化的,此时的纹波电压就是动态纹波。

8) 能效:输出功率与输入功率的比值,计算公式为  100%in ino oV IV I 。能效越高,说明电源对能量的利用率越高,在相同输出功率下,发热量就越小。

9) 保护功能:在误操作或出现故障时,电源自身的保护机制。如过流保护、过热保护、过压保护、开环保护等。

10) EMC性能:电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility)的性能,以EMI(ElectroMagnetic Interference)为主,也包括EMS(Electro Magnetic Susceptibility)性能。此部分涉及EMC认证,同时也可能影响整机的性能。在设计开关电源时,需要特别注意由于开关工作而引起的EMI问题。

二、DC-DC 开关电源的3 种拓扑

根据电子开关和电感的位置不同,可把DC-DC开关电源拓扑分为以下三种:Buck-Boost、Boost、Buck。

Buck-Boost

Buck-Boost变换器,也称为升降压式变换器,可用于升压/降压电路。其输出电压的极性与输入电压相反。拓扑如上图所示。其中的SW1、D1使用脉冲信号驱动,SW1和D1不会同时导通或关断。脉冲信号的频率就是开关电源的工作频率。

电感L1和电容C1用于储能、滤波。在开关电源中,电感的作用至关重要。在每个工作周期中,电感都经历充电和放电的过程。在充电和放电的过程中,电感上的电流分别以固定的斜率变化(线性变化)。

当SW1导通,D1关断时,电源Vin给L1充电,电流以固定斜率上升,充电电流方向如红色箭头所示。此时负载上的电流由C1放电提供。

当SW1关断,D1导通时,由于电感上的电流不能突变,电流从L1流出。输出电压与电感上电流方向相反,电流以固定斜率下降。此时L1流出的电流给C1充电,同时给输出负载提供电能。电流如绿色箭头所示。

设定驱动信号频率(即开关电源工作频率)为f,周期为T=1/f,开关打开时间为Ton,关断时间为Toff。Buck-Boost拓扑的关键波形如图表 2-1所示。分析时,假设D1上压降很小,可忽略不计。

图表2-1 Buck-Boost变换器关键波形

Boost

Buck

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2021-04-09 12:11
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飞翔2004
LV.10
3
2021-04-09 13:43
不错的帖子,三大基本拓扑电路的分析,请问为什么buck电路计算时要按高压满载条件时计算呢?
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k6666
LV.9
4
2021-04-09 14:54
@飞翔2004
不错的帖子,三大基本拓扑电路的分析,请问为什么buck电路计算时要按高压满载条件时计算呢?
这三种拓扑结构设计的电源效率差异多大?
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k6666
LV.9
5
2021-04-09 14:54
加油继续分析
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2021-04-10 07:15
@飞翔2004
不错的帖子,三大基本拓扑电路的分析,请问为什么buck电路计算时要按高压满载条件时计算呢?
以为高压输入的时候占空比最小,纹波电流最大,电感压力最大,所以计算电感需要在最高输入电压计算
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2021-04-19 11:02
@飞翔2004
不错的帖子,三大基本拓扑电路的分析,请问为什么buck电路计算时要按高压满载条件时计算呢?
buck最好用低压满载去算,这样,占空比最大。算出来的值需要小于芯片规定的最大占空比。
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2021-04-19 11:03
@飞翔2004
不错的帖子,三大基本拓扑电路的分析,请问为什么buck电路计算时要按高压满载条件时计算呢?
应该用低压满载去计算,这样子,占空比算出来才是最大。然后与芯片规定的最大占空比去比较。
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2021-04-19 11:07
@k6666
这三种拓扑结构设计的电源效率差异多大?
主要还是看主控芯片的工作频率,一般工作频率越大,开关管导通内阻越小,效率越大。
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tuhj25
LV.1
10
2021-04-23 18:38
@飞翔2004
不错的帖子,三大基本拓扑电路的分析,请问为什么buck电路计算时要按高压满载条件时计算呢?

因为BUCK不允许空载

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#回复内容已被删除#
11
dy-RagqE2u2
LV.1
12
2021-07-13 15:34

三种基本拓扑(BUCK,BOOST,BUCK-BOOST)中的电感工作模式(CCM,BCM,DCM)的特点,如何在实际应用中去判断电感是工作在什么模式下?如果让电路工作在强制CCM模式,电感如何设计?需要有哪些注意事项?

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lkings
LV.6
13
2021-07-13 20:42

DC-DC有哪几家公司产品做得比较好的,我知道的有MPS,TI,其他国产的不知道有哪一家做得比较好

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iszjt
LV.5
14
2021-07-14 09:50

感谢楼主分享!!!

有没有可以做隔离5到24V升压的DC-DC开关电源芯片,我这里有个应用,要求隔离输出,输入曰5V,输出约24V,输出电流大概150mA,而且效率要达到80%以上,是否有合适的DC-DC升压芯片推荐。

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鲁珀特
LV.4
15
2021-07-19 22:36

从实用角度来说每种结构都有优缺点,还是要看应用场合

1
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飞翔2004
LV.10
16
2021-07-26 22:05
@k6666
这三种拓扑结构设计的电源效率差异多大?

降压的效率可能高一点,效率比近似等于输出电压与输入电压比,电压差大时效率较低。要效率高的话可用开关降压。

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飞翔2004
LV.10
17
2021-07-26 22:07
@lkings
DC-DC有哪几家公司产品做得比较好的,我知道的有MPS,TI,其他国产的不知道有哪一家做得比较好

PI也有做DCDC芯片的,DPAsiwtch系列。

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2021-07-27 12:06
@lkings
DC-DC有哪几家公司产品做得比较好的,我知道的有MPS,TI,其他国产的不知道有哪一家做得比较好

国产XLSEMI芯龙的还可以

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lw200666
LV.2
19
2021-08-05 13:55

buck-boost输出是负压,有没有变化电路做成正电压输出的?

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2021-08-07 08:04

文中提到的电源指标都是比较广义的概念,具体到产品,参数、spec还需要有很多细化的东西,我之前也有分享过DCDC电源测试指标的文章,可以相互补充呢

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dy-6hGJdpiD
LV.1
21
2021-09-21 09:32
@lw200666
buck-boost输出是负压,有没有变化电路做成正电压输出的?

反激

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