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开关电源电路拓扑指的是开关电源中功率电子元件如晶体管、二极管和电感的布局和连接方式。并且通过控制功率开关器件通常是MOSFET或IGBT的高速开关动作来调节输出电压和电流从而实现从输入电源到负载的有效能量传输。
详细见GD32实战篇-双向数控BUCK-BOOST-BOOST升压理论基础-CSDN博客 工作原理
本结我们详细讲解BUCK电路中降压的具体实现办法。
对于BOOST电路的讲解我们在上一结中已经介绍过姊妹篇为:
https://blog.csdn.net/qq_62316532/article/details/140249928?spm1001.2014.3001.5502https://blog.csdn.net/qq_62316532/article/details/140249928?spm1001.2014.3001.5502 这是电路的拓扑图图中Vin是输入电压Q1为BUCK电路开关管D1为续流二极管L为BUCK电路电感C为输出滤波电容R为输出负载Vo为输出电压。 我们一般会根据Q1开关管的工作状态将BUCK电路分为两种工作方式。 电感储能阶段
当开关管Q1开启时Vin给电感储能导致电感电流增加电感因其特性无法突变会阻碍电流感应出的电动势和电源电压方向相反相互抵消因此可以得到公式VinVoVLVL0随着时间过去VL会不断变小直至Vo0Vo会不断变大直至VoVIn时间长了以后电感相当于是一段导线。
综上所述一开始在电感感应电压的阻碍下输出电压会小于输入电压达到我们降压的目的其等效电路为 这个时候输入电流Iin等于电感电流IL因为二极管上方电压大于下方GND故二极管进入截止状态其支路电流为0
电压波形图 这个阶段被称为电感储能阶段输入电压在给电感储能的同时也在为输出负载供电同时给电容充电后续持续输出和滤波需要。 电感放电阶段
当开关管Q1断开的时候续流二极管此时导通形成放电回路这个时候电感电流在减小电感因其特性无法突变会阻碍电流会继续向负载供电随着时间过去负载电流会减小直至等于0而输出的电压也会跟着减小直至等于0。 这个时候因为Q1关闭输入电流Iin为0续流二极管电流等于电感电流IL。 总结 将这个阶段与上个电感储能阶段一起循环往复就能得到如下的电压波形图 最后它的平均电压就能接近一个固定的值即我们降压最后需要的电压了 在BUCK电路工作中其电流波形为 电路占空比确定 根据电感电压在一个开关周期内平衡的定理。我们可以得到 简化后我们就会获得可用于占空比调制的公式了 那么假设此时我们的输入电压为12V如果想得到5V的一个输出电压那么占空比D就应该为7/12了即在一个周期为12的情况下需要这种7个闭合5个断开才能降压到5V 负载得到的电流
在降压电路中我们通过BUCK电路能够做到将电压降到我们想要的值对应的电流就会被提高因为功率为PI*U是一定的。如果我们输入12V2A在不考虑损耗的情况下我们得到的最后最大应该是5V4.8A的输出 同步BOOST 讲完原理上常用的BUCK拓扑以后让我们再来讨论一下在实际使用中我们会了减小续流二极管的压降损耗采用的同步BUCK的方案其电路原理图为 使用开关管Q2去代替原本的续流二极管D并且使得Q2的开关逻辑符合我们之前讲解的两种工作模式那么此时我们得到的就会是损耗减少的同步BUCK电路了
其工作波形如下图所示 电路实现 在我们本实战项目中我们搭建的双向BUCK-BOOST如下: 损耗来源 1.电感的等效电阻 2.续流二极管压降更换成开关管以后变成开关管内部PN结损耗 3.电容的等效电阻 4.开关管的导通电阻 其中损耗加起来小于10%
这也是为什么开关电源效率高的原因了但是噪音却是来源于开关管高速开关引入的噪音这点只能通过滤波器去减小没有不存在噪音的电压有的只是你的示波器分辨率不够读不出来
