DC-DC电源基础知识
DC-DC变换器讲解学习
输入输出关系：
图3-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
U otto ofnf ETt otn onE1 E （2-49）
3-25
2.1.5 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
Zeta斩波电路原理
V处于通态期间，电源E经开关
V向电感L1贮能。
V关断后，L1－VD－C1构成振
荡回路， L1的能量转移至C1，
电压源 电压源的变换
o
t
b)
图3-4 升降压斩波电路及其波形
a）电路图
b）波形
3-20
2.1.4升降压斩波电路和Cuk斩波电路
稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即
数量关系
T
0 uL dt 0
（2-39）
V处于通态
V处于断态
uL = E
EtonUotoff
uL = - uo
（2-40）
能量全部转移至C1上之后，VD
b) Zeta斩波电路
关断，C1经L2向负载供电。
输入输出关系：
Uo
1
E
图3-6 Sepic斩波电路 和 Zeta斩波电路 （2-50）
相同的输入输出关系。Sepic电路的电源电流和负载电流均
连续，Zeta电路的输入、输出电流均是断续的。
两种电路输出电压为正极性的。
3-26
t1 E
I 20
t2
E
t
O
EM
t
c) 电流断续时的波形
图3-1 降压斩波电路得原理图及波形
3-4
2.1.1 降压斩波电路
数量关系
电流连续
负载电压平均值：
Uoton t otnof
DC-DC基础知识
8
总结
• 电荷泵稳压器介绍 • 倍压电路的工作原理和增益配置 • 电荷泵稳压实现
9
DC-DC 基础知识
1.4 电荷泵稳压器
什么是电荷泵稳压器？
• 电荷泵稳压器是一种只通过电容器的交替式充电和 放电来输送功率的开关稳压器。 • 它适合于具有低负载电流及中等输入 – 输出电压差 的应用
Q 1 +
CF
Q 3 Q 4
VIN
Q 2
VCF +
Io
+
Co
LOAD
Vo 2
优缺点
优点
缺点
• • • •
针对所有增益的相同公共 相位连接 *假设 C1=C2
6
电荷泵稳压
• 通过增设一个后置稳压器级，充电泵将能够实现精细的输出 电压
• 而且，还可以控制 开关阻抗以使其实 际上起一个后置稳 压器的作用
– Rout 是有效输出阻 抗，包括开关阻抗 (Rsw) 及开关电容器 阻抗 1/(2Pi*Fsw*Cf) – 通过控制 Fsw 或 Rsw 可完成输出电压 的精细调节
– S1、S3 导通，S2、S4 断开，充电 – S1、S3 断开，S2、S4 导通，放电
• 通过反转输出至地的连接，单位增益变换器将变为负增 益反相器
单位增益反相增益4来自电压倍增器(倍压电路）
• 下面所示的电压倍增器电路在拓扑中仍然具有单个电容 器，只是连接有所不同 • 4 个开关的切换依然不变
– S1、S3 导通，S2、S4 断开，增益相位 – S1、S3 断开，S2、S4 导通，公共相位
7
电荷泵稳压
• 控制频率：脉冲-频率调制 (PFM)
– 通过跳过不需要的脉冲以保持输出 电压的恒定 – 优点：非常低的静态电流、较高的效 率 – 缺点：较高的输出电压纹波、频率发 生变化
TI DC-DC直流基础知识
• 电源抑制比 (PSRR) – 已调输出电压纹波与输入电 压纹波之比。
– 该规格指标对于具有高噪声限制要求的应用（如低噪声放 大器、音频、RF 和无线等）很重要
• 基带噪声 – 某个特定频率范围内的总噪声能量
– 该规格指标对于具有高噪声限制要求的应用（如 PLL、 TCXO、RF 和无线等）很重要
8
LDO 的选择
应用 低 Iq 低压降 高 PSRR 低噪声 高电流 注释
LNA、PLL 基带 – 数字 基带 – 模拟 TCXO 实时时钟 音频 是 是 是 是
是
是
定义了系统噪声底层值。需 要低噪声的 LDO 始终保持接通
是 是 是
始终保持接通。需要抑制输 入纹波和低压降 在中频 (IF) 部分使用，用于 在系统中实现低噪声 始终保持接通
同步降压
同步
1. 2. 3. 4. MOSFET 具有较低的压降 更高效 需要额外的控制电路 成本较高
6
隔离式与非隔离式
• 隔离式转换器在输入和输出之间没有 DC 电流流动。 • 变压器通过磁场将能量从初级耦合至次级 • 隔离式转换器通常在需要提供初级至次级隔离的医疗及离线应用中使 用 • 并非标准负载点解决方案所常用
3
线性稳压器的工作原理是什么？
• 线性稳压器和输出阻抗一起形成了一个分压器网络。 • 线性稳压器的作用就像受控的可变电阻器，其可根 据输出负载自我调节以保持一个稳定的输出。
+
4
压降电压
• 压降电压 – 为使线性稳压器处在稳压器的指定工作 范围之内，VIN 与 VOUT 之间可接受的最小压差。
5
线性稳压器的类型
+
VIN
VCF+
DCDC电源基础必学知识点
DCDC电源基础必学知识点1. DCDC电源的原理：DCDC电源是一种将一个直流电源转换为另一个直流电源的电子电源。
它通过电子元件（如电感、电容和开关管等）控制电源输入电压的幅值和波形，从而实现电源输出电压的稳压、降压或升压。
2. DCDC电源的分类：根据输入输出电压的关系，DCDC电源可以分为升压电源、降压电源和升降压电源三类；根据转换方式，可以分为线性式DCDC电源和开关式DCDC电源两类。
3. DCDC电源的主要应用领域：DCDC电源广泛应用于电子产品、通信设备、工业自动化、汽车电子、航空航天等领域，用于提供稳定的直流电压给各种电子设备。
4. DCDC电源的工作原理：无论是线性式还是开关式DCDC电源，其基本工作原理都是通过控制开关元件（如开关管）的开关状态和频率，改变电源输入电压的幅值和波形，从而实现稳压和升降压。
5. DCDC电源的关键参数：DCDC电源的关键参数包括输入电压范围、输出电压范围、输出电流、效率、稳定性、噪声等。
6. DCDC电源的设计考虑因素：DCDC电源设计需要考虑输入电压波动、输出电流波动、电磁干扰、热管理、尺寸和成本等因素，并通过合理的电路设计和元器件选择来满足设备对电源的稳定性和可靠性要求。
7. DCDC电源的保护机制：为了保护DCDC电源和负载设备，常见的保护机制包括过压保护、过流保护、过热保护、短路保护等。
8. DCDC电源的故障排除方法：遇到DCDC电源故障时，可以通过检查输入和输出端电压、检查元器件接触和损坏、检查电路连接和布局等方法来排除故障。
9. DCDC电源的发展趋势：随着科技的不断进步和需求的不断变化，DCDC电源正朝着小型化、高效率、高可靠性、多功能等方向发展。
未来可能出现新的DCDC电源技术和应用。
10. DCDC电源的设计和应用需要结合具体的需求，包括输入输出电压范围、功率需求、环境条件等，以确保设计的电源满足设备的要求。
dc升压原理
dc升压原理直接开始写内容：DC升压原理。
DC升压原理是指直流电源通过某种方式提高电压的过程，也称为DC-DC升压转换。
在实际应用中，我们经常会遇到需要将电压升高的情况，比如手机充电器、电子设备等都需要通过DC升压原理来提高电压，以满足设备的工作需求。
DC升压原理的核心是利用电感和电容储能的特性，通过控制开关管的导通与关断，来改变电路中的电流和电压，从而实现电压的升高。
常见的DC升压电路有Boost升压电路和Flyback升压电路两种。
Boost升压电路是一种常见的DC-DC升压转换电路，它由电感、开关管、二极管和电容等元件组成。
在Boost升压电路中，当开关管导通时，电感储存能量，当开关管关断时，电感释放储存的能量，通过二极管和电容将电压提高，从而实现电压的升压。
而Flyback升压电路则是通过变压器的储能原理来实现电压的升压。
在Flyback升压电路中，当开关管导通时，电感储存能量，当开关管关断时，电感释放储存的能量，通过变压器的变压作用将电压提高，从而实现电压的升压。
除了Boost和Flyback升压电路外，还有很多其他类型的DC升压电路，比如反激式升压电路、谐振式升压电路等，它们都是通过不同的方式实现电压的升压，但核心原理都是利用电感和电容储能的特性。
在实际应用中，选择合适的DC升压电路需要考虑很多因素，比如输入输出电压范围、输出电流、效率、成本等。
不同的应用场景需要选择不同的升压电路来满足需求。
总的来说，DC升压原理是实现电压升高的重要技术，通过合理的设计和选择合适的升压电路，可以实现电子设备对于电压的要求，从而保证设备的正常工作。
在未来的发展中，随着电子设备对于电压稳定性和效率的要求不断提高，DC升压原理将会得到更广泛的应用和发展。
DC变DC的原理
DC变DC的原理
DC变DC的原理就是通过电子器件将直流电压转换为不同的
直流电压。
在直流电路中，电流始终沿着一个方向流动，而在交流电路中，电流会时刻改变方向。
因此，当需要将一个直流电压转换为另一个直流电压时，就需要使用DC变DC转换器。
DC变DC转换器主要包括以下几个核心部分：开关器件、电
感器件、电容器件和控制电路。
其中，开关器件负责周期性地开闭电路，使得电能可以传输。
电感器件和电容器件则起到能量存储和平滑输出的作用。
具体来说，当输入的直流电压通过开关器件开启时，电能会存储在电感器件中。
而当开关器件关闭时，存储在电感器件中的电能会转移到输出端，通过电容器件进行输出过滤和平滑。
控制电路则负责监测输出电压，控制开关器件的开闭状态，以保持输出电压稳定。
DC变DC转换器有多种不同的拓扑结构，如升压、降压、升
降压等。
通过不同的拓扑结构和控制策略，可以实现不同输入输出电压之间的转换。
在实际应用中，DC变DC转换器广泛
应用于各种电子设备，如电源适配器、手机充电器、电子产品等。
DCDC原理及指标介绍
DC-DC原理及指标介绍1、开关电源：是一种高频化电能转换装置，其主要利用电子开关器件(如晶体管、MOS管、可控晶闸管等)，通过控制电路，使电子开关器件周期性地"接通"和"关断"，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换以及输出电压可调和自动稳压的功能。
开关电源的优势：①功耗低，效率高。
②体积小，重量轻。
③稳压范围宽。
开关电源的损耗来源：①开关管损耗。
②电感电容损耗。
③二级管损耗。
开关电源的损耗分析：开关电源的效率可以达到90%以上，如果精心优化与设计，甚至可以达到95%以上，这在以电池作为电力来源的场合非常重要，例如手机、小型无人机等。
因此开关电源设计的优劣程度将直接影响设备的续航能力。
(1)开关管损耗：这是开关电源的主要损耗，主要包括开关损耗、导通损耗。
因此应该尽量选择导通电阻比较小的开关管作为开关电源的核心元器件。
(2)电感电容损耗：电感损耗主要包括直流电阻损耗，电容损耗主要包括漏电流损耗。
因此应该尽量选择直流电阻较小的电感和漏电流较小的电容元器件。
(3)二极管损耗：主要包括导通损耗和开关损耗。
因此应该尽量选择导通压降较小，反向恢复时间较短的二极管，例如肖特基二极管或快恢复二极管等。
2、开关电源的分类：按照调制方式的不同可分为脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)两种，目前脉宽调制(PWM)在开关电源中占据主导地位。
按照管子的连接方式可分为串联式开关电源、并联式开关电源和变压器式开关电源三大类。
按照输出电压的不同可分为降压式开关电源和升压式开关电源两种。
按照输入输出类型可分为：AC-AC、DC-AC、AC-DC、DC-DC四种，这里以DC-DC为主进行介绍。
按照是否有电气隔离可分为隔离型开关电源和非隔离型开关电源两种。
3、开关电源的三种基本拓扑结构(以非隔离型为主)：DC/DC变换器一般都包括两种基本工作模式：电感电流连续模式(CCM)、电感电流断续模式(DCM)。
dcdc电源电路基础知识
dcdc电源电路基础知识DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。
开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。
其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。
开关电源可以用于升压和降压。
我们常用的DC-DC产品有两种。
一种为电荷泵（Charge Pump），一种为电感储能DC-DC转换器。
本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。
目录一. 电荷泵1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二. 电感式DC/DC1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能DC-DC产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。
电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。
1. 工作原理电荷泵是通过外部一个快速充电电容（Flying Capacitor），内部以一定的频率进行开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压（或者降压）转换。
最后以恒压输出。
在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图Vout ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压VREF做比较，经过误差放大器A，来控制充电电容的充电时间和充电电压，从而达到稳定值。
电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。
例如，它在1.5X或1X的模式下都可以运行。
当电池的输入电压较低时，电荷泵可以产生一个相当于输入电压的1.5倍的输出电压。
而当电池的电压较高时，电荷泵则在1X模式下运行，此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。
这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。
2. 倍压模式如何产生以1.5x mode为例讲解：电压转换分两个阶段完成。
DCDC电源详解
升降压型电路
BUCK电路工作原理分析
D
S Vin
ห้องสมุดไป่ตู้
L
Vo
Io S
T
D
1-D
Vin-Vo UL
根据L的伏秒平衡原则：
IL
-Vo
∆ Io
Io
(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T
Vo=Vin *D
Is
根据L在1-D时间的基本方程： L*ƤIo=Vo *(1-D)T
ƤIo=Vo *(1-D)T/L
BUCK电路工作原理分析
IL(on)=((Vin-Vout)/Lo)*Ton + Imin 在这个阶段，存储在电感上的能量为：
开关电源的拓朴结构
三种基本的非隔离开关电源
D
L
S Vin
Vo Io
Vo=Vin *D
Vo<Vin, 降压型电路
L
D
Vo
Io
Vin
S
Vo=Vin /(1-D)
Vo>Vin, 升压型电路
D
S1 Vin
L D S2
Vo Io
Vo<Vin, 当D<0.5
Vo=Vin *D/(1-D) Vo>Vin 当D>0.5
I+
A
B
面积A=面积B
I-
开关电源的基本分析
电感的基本方程
i(t) + u(t) -
u
(t
)
=
L
di (t) dt
1. 当一电感突然加上一个电压时, 其中的电流逐渐增加, 并且电感量越大电流增加 越慢.
U
I
L
I = Ut L
2. 当一电感上的电流突然中断, 在其两端会产生一瞬时高压, 并且电感量越大该电 压越高
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02
DC/DC转换器的类型
隔离式和非隔离式
隔离式
转换器输入和输出之间存在电气隔离 ，通常使用变压器实现。优点是可以 在不同电压级别之间转换，提高安全 性。缺点是体积较大，成本较高。
非隔离式
转换器输入和输出之间没有电气隔离 。优点是成本较低，体积较小。缺点 是安全性较低，只能用于相同电压级 别之间的转换。
纹波和噪声
纹波
指输出电压或电流中的交流成分，会影响输出电压和电流的质量和稳定性。
噪声
指DC/DC转换器内部或外部产生的干扰信号，可能会影响输出电压和电流的稳定 性和性能。
尺寸和重量
尺寸
DC/DC转换器的物理尺寸，会影响其 在系统中的应用和布局。
重量
DC/DC转换器的重量，会影响其在系 统中的安装和固定方式。
全桥式
通过四个开关管和两个磁性元件，将输入直流电压转换为另 一个直流电压。优点是输出电压精度高，效率高。缺点是电 路复杂，成本较高。
03
DC/DC转换器的性能参数
输入电压和输出电压
输入电压
DC/DC转换器的输入电压范围决 定了其适应的电源范围，通常根 据系统需求和电源供应情况而定 。
输出电压
输出电压是DC/DC转换器所能够 调整和稳定的直流电压，通常需 要根据负载的需求进行设定。
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汇报人： 2023-12-23
目录
• DC/DC转换器简介 • DC/DC转换器的类型 • DC/DC转换器的性能参数 • DC/DC转换器的选择 • DC/DC转换器的使用和注意
事项 • DC/DC转换器的常见问题和
解决方案
01
DC/DC转换器简介
DC/DC转换器的定义
搞懂DCDC电源怎么回事
搞嵌入式的工程师们往往把单片机、ARM、DSP、FPGA搞的得心应手，而一旦进行系统设计，到了给电源系统供电，虽然也能让其精心设计的程序运行起来，但对于新手来说，有时可能效率低下，往往还有供电电流不足或过大引起这样那样的问题，本文十一条金律轻松搞定DCDC电源转换。
第一条、搞懂DC/DC电源怎么回事DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其主要功能就是进行输入输出电压转换。
一般我们把输入电源电压在72V以内的电压变换过程称为DC/DC转换。
常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等，后者使用的电源电压一般在24V以下。
不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源常用5V 15V，常用3.3V等，现在的FPGA、DSP还用2V以下的电压，诸如1.8V、1.5V、1.2V 等。
在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端获一个或几个直流电压。
第二条、需要知道的DC/DC转换电路分类DC/DC转换电路主要分为以下三大类：①稳压管稳压电路。
②线性（模拟）稳压电路。
③开关型稳压电路第三条、最简单的稳压管电路设计方案稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般只为芯片提供基准电压，不做电源使用。
比较常用的是并联型稳压电路，其电路简图如图（1）所示，选择稳压管时一般可按下述式子估算：（1）Uz=Vout; （2）Izmax=（1.5-3）ILmax （3）Vin=（2-3）Vout 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。
第四条、基准电压源芯片稳压电路稳压电路的另一种形式，有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时常用的一些电压基准芯片如TL431、MC1403 ，REF02等。
DC-DC原理
DC/DC的原理高频开关电源由以下几个部分组成：一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括： 1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。
2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。
3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越校 4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
二、控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。
三、检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。
四、辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。
开关控制稳压原理开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。
可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。
图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。
电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。
在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。
由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。
DC-DC电路设计技巧及器件选型原则
1.概念：DC-DC指直流转直流电源（Direct Current）。
是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值得电能的装置。
如，通过一个转换器能将一个直流电压（5.0V）转换成其他的直流电压（1.5V或12.0V），我们称这个转换器为DC-DC转换器，或称之为开关电源或开关调整器。
DC-DC转换器一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成。
在讨论DC-DC转换器的性能时，如果单针对控制芯片，是不能判断其优劣的。
其外围电路的元器件特性，和基板的布线方式等，能改变电源电路的性能，因此，应进行综合判断。
DC-DC转换器的使用有利于简化电源电路设计，缩短研制周期，实现最佳指标等，被广泛用于电力电子、军工、科研、工控设备、通讯设备、仪器仪表、交换设备、接入设备、移动通讯、路由器等通信领域和工业控制、汽车电子、航空航天等领域。
具有可靠性高、系统升级容易等特点，电源模块的应用越来越广泛。
此外，DC-DC转换器还广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。
在电路类型分类上属于斩波电路。
2.特点：其主要特点是效率高：与线性稳压器的LDO相比较，效率高是DCDC的显著优势。
通常效率在70%以上，重载下高的可达到95%以上。
其次是适应电压范围宽。
A: 调制方式1: PFM（脉冲频率调制方式）开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的频率，使输出电压达到稳定。
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。
2: PWM（脉冲宽度调制方式）开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。
PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。
B: 通常情况下，采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器的性能不同点如下。
PWM的频率，PFM的占空比的选择方法。
PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。
02.架构分类1）常见的三种原理架构：A、 Buck（降压型DC/DC转换器）图1 B、Boost（升压型DC/DC转换器）图2 C、Buck-Boost（升降压型DC/DC转换器）图3 2）Buck电路工作原理详解图4伏秒平衡原则：处于稳定状态的电感，电感两端的正伏秒积等于负伏秒积，即：电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。
DC-DC电源
DC/DC电源指直流转换为直流的电源，从这个定义上看，LDO(低压差线性稳压器)芯片也应该属于DC/DC电源，但一般只将直流变换到直流，且这种转换是通过开关方式实现的电源称为DC/DC电源。
一、工作原理要理解DC/DC的工作原理，首先得了解一个定律和开关电源的三种基本拓扑(不要以为开关电源的基本拓扑很难，你继续往下看)。
1、电感电压伏秒平衡定律一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在开关电源中，被称为稳态。
稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在滤波电感上的正向伏秒一定等于有源开关截止时加在该电感上的反向伏秒。
是不是觉得有点难理解，接着往下看其公式推导过程。
伏秒平衡方程推算过程：电感的基本方程为：V(t)=L*dI(t)/dt,即电感两端的电压等于电感感值乘以通过电感的电流随时间的变化率。
根据上述方程，可得dI(t)=1/L∫V(t)dt,对于稳态的一个功率变换器，其应保证在一个周期内电感中的能量充放相等，反映在V-t图中即表示在一个周期内其面积之和为0，所以得出电感电压伏秒平衡定律。
此处可参考：DC/DC电源详解第8页(如果此处还无法理解，可先阅读下面开关电源三种基本拓扑的工作原理)。
扩展资料：1、当一个电感突然加上一个电压时，其中的电流逐渐增加，并且电感量越大，其电流增加越慢；2、当一个电感上的电流突然中断，会在电感两端产生一个瞬间高压，并且电感量越大该电压越高；3、电容的基本方程为：I(t)=dV(t)/(C*dt)，当一电流流经电容时，电容两端电压逐渐增加，并且电容量越大电压增加越慢；2、开关电源三种基本拓扑2.1、BUCK降压型图1 BUCK型基本拓扑简化工作原理图图2 电感V-t特性图BUCK降压型基本拓扑原理如图1所示，其电感L1的V-t特性图如图2。
当PWM驱动MOS管Q1导通时，忽略MOS管的导通压降，此时电感两端电压保持不变为Vin -Vo，根据电感的基本方程：V(t)=L dI(t)/dt,电感电流将呈线性上升，此时电感正向伏秒为：V Ton =(Vin-Vo)*Ton。
DC-DC升压开关电源设计
一、设计要求本课程要求设计一个DC-DC升压开关电源，输入低压直流信号，输出为高压直流信号。
设计要求：1、输入5V直流，输出12V、100mA直流2、在额定负载情况下，纹波的峰-峰值<=30mV3、输出尖峰电压峰-峰值<=200mV4、100mA电压下降<=30mV二、设计方案1、理论基础The boost converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。
在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。
这时，输入电压流过电感。
二极管防止电容对地放电。
由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。
随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。
当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。
而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。
升压完毕。
说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。
充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。
如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。
如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。
2、实际方案本课题采用驱动式开关升压方式，主要利用电容和电感的储能特性实现。
具体可以分为以下几个部分。
第一个是振源，因为是开关电路，所以需要利用高频的方波信号实现三极管的导通与截止。
然后的主放大电路用来给负载端升压，需要一个三极管和一个电感，利用电感的储能实现直流信号的输出。
由于在开关闭合的瞬间，电感上会产生巨大的瞬时电压，而且电感的充电与放电是交替进行的，所以输出不可能是一个单纯的直流信号，那么就需要一个滤波电路把交流信号滤除。
之后为了稳定输出电压，就需要一个负反馈调节电路来控制主放大电路的开关。
三、方框图四、框内电路设计1、振荡电路此部分电路是由一个555定时器构成的多谐振荡器，它的工作原理如下：555的阈值输入THR和触发输入TRI相连，由电容的端电压Uc控制。
DCDC基础知识
• MOSFET LDO 能支持非常低的压降、低静态电流、改善的 噪声性能和低电源抑制。
6
有关 LDO 压降的更多信息
• 在 LDO 数据表中，只规定了最大输出电流条件下的压 降。在其他的工作条件下，压降可以通过计算求出。
AC 输入
变压器耦合
横跨隔离边界的信号反馈回路 通常需要一个光耦合器做隔离
具有功率因数校正 (PFC) 功能的初级侧开关模式电源
7
控制器与稳压器
• 控制器
– 分立式 MOSFET – 负责提供控制功率级所需的“智能” – 设计更加精细复杂 – 可全面控制 FET 选择、开关频率、过流、补偿、软起动 – 可通过优化设计调整使电源满足您的特殊需求
• 而且，还可以控制 开关阻抗以使其实 际上起一个后置稳 压器的作用
6
电荷泵
Q 1
+ VIN Q
2
C
Q
F
3
VCF+ Q
4
Io
+
Co
LOA V
D
o-
优点
• 中等效率 • 由于电荷泵将电容器两端的电压接入输出端及从输
出端接出，因此：
– 无需电感器 – VOUT 可高于、低于和等于 VIN
• 较少的组件使电荷泵更易于设计
应用
• 需要一个低输出电流的应用 • 具有中等的输入-输出电压差的应用 • 存在空间限制的应用
• 全集成型稳压器
– 集成型开关 – “即插即用型” 设计 – 输出滤波器组件的选择范围受限 – 对于功能性的控制受限
• 部分集成型稳压器
– 可提供全部或部分特性集，内部或外部补偿 – 内部功率 FET、外部同步 FET 或箝位二极管 – 对于频率、过流、软起动等功能的控制受限 – 可提供较宽的输出滤波器组件选择范围
dcdc电源电路基础知识
DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。
开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。
其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。
开关电源可以用于升压和降压。
我们常用的DC-DC产品有两种。
一种为电荷泵（Charge Pump），一种为电感储能DC-DC转换器。
本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。
目录一. 电荷泵1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二. 电感式DC/DC1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能DC-DC产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。
电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。
1. 工作原理电荷泵是通过外部一个快速充电电容（Flying Capacitor），内部以一定的频率进行开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压（或者降压）转换。
最后以恒压输出。
在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图Vout ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压VREF做比较，经过误差放大器A，来控制充电电容的充电时间和充电电压，从而达到稳定值。
电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。
例如，它在 1.5X或1X的模式下都可以运行。
当电池的输入电压较低时，电荷泵可以产生一个相当于输入电压的 1.5倍的输出电压。
而当电池的电压较高时，电荷泵则在1X模式下运行，此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。
这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。
2. 倍压模式如何产生以1.5x mode为例讲解：电压转换分两个阶段完成。
DC-DC电源基础知识
• Vo=Vin/(1-D) • D<1，Vo>Vin
DC-DC电源分类及工作原理 （1）开关连接
1 DT 当开关处于连接D状T态时，通过电感的电流为：
I Lon
L
0
Vidt
L Vi
当开关闭合时，输入电压加在电感上，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增 加的磁通为：（Vi）*Ton。
DC-DC电源分类及工作原理 （2）开关断开
I Loff
(V (1D )T
i
0
V )dt o L
(V i
V )(1 D)T o L
当开关处于断开状态时，通过电感的电流为：
当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁，电感
DC-DC电源分类及工作原理
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi）*Ton=（Vo- Vi）*Toff， 由于占空比D<1，所以Vi<Vo，实现升压功能。
电流控制PWM的优点：
（1）暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快； （2）瞬时峰值电流限流功能； （3）输出电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相媲美。
缺点：
（1）占空比大于50%的开环不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差； （2）容易发生次谐波振荡。
大容值的电容通常具有较大的等效电感，因而其自谐振频率较小，所以比较 适合用于滤除低频干扰噪声；小容值的电容通常等效电感也较小，因此自谐 振频率较大，所以适合用于滤除高频干扰噪声。利用不同电容组合并联的形 式，可以起到很好的滤波效果。
输入电容的作用
输入电容的作用是保持输入电压稳定在一定的范围内，并且滤除输入直流电 压中的交流成分。
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DC-DC电源分类及工作原 理
1.1 Buck converter（降压型）
续流二极 管
LC输出滤波
• Vo=Vin*D
• D<1，Vo<Vin
降压变换器原理 图
DC-DC电源分类及工作原 理
(1)开关连接
• 当开关处于连接状态时，电感电流为：
ILon0 ton V L Ld t(V iV L o)ton
DC-DC电源基础知识
目录 1、DC-DC电源分类及工作原理 2、DC-DC电源典型电路分析 3、PWM控制原理 4、关键器件选择 5、DC-DC电源PCB布局
DC-DC电源分类及工作原 理
DC-DC电源是一类直流转换为直流的电源。
应用：
数字电路、电子通信设备、卫星导航、遥感遥测、地面雷 达、消防、设备和医疗器械教学设备等诸多领域。
优点：
功耗小、效率高、体积小、重量轻、可靠性高、自身抗干
扰性强、输出电压范围宽、模块化。
DC-DC电源分类及工作原 理
12V-3.3V 3.3V-1.5V
3.3V-1.1V
DC-DC电源分类及工作原 理
DC-DC电源可分为三大类： • Buck converter(降压型) • Boost converter(升压型) • Buck-boost converter(降压升压型)
DC-DC电源分类及工作原 理
1.2 Boost converter（升压型)
升压 电感
滤波 电容
升压变换器原理图
• Vo=Vin/(1-D) • D<1，Vo>Vin
DC-DC电源分类及工作原 理
（1）开关连接
• 当开关处于连接状态时，通过电感的电流为：
1 DT DT
ILonL0 Vid t LVi
• 电感两端的电压为（Vi-Vo），此时电感由电压（Vi-Vo）励磁，电感增加 的磁通为：（Vi-Vo）*Ton。
• 此期间，电感存储能量，同时电路对电容充电和给负载供电。
DC-DC电源分类及工作原 理
（2）开关断开
• 当开关处于断开状态时，电感电流为
ILoff0toffV LLd t VoL tof f
• 更换当开关闭合时，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增加的磁通为：（Vi）*Ton。 • 当开关处于连接期间，电源输出的能量存储在电感当中，同时已充电的电容给负载供
电，负载电压极性与电源电压相反。
DC-DC电源分类及工作原 理
（2）开关断开
• 当开关处于断开状态时，通过电感的电流为：
Iof f 0 (1 D )T dL I0 (1 D )T V o L d V to(1 L D )T
DC-DC电源分类及工作原 理
1.3 Buck-boost converter（降压升压型）
I Lon
升降压变换器原理图
Vo=Vin*D/(1-D) Vo<Vin,当D<0.5 Vo>Vin,当D>0.5
（1）开关连接
DC-DC电源分类及工作原 理
• 当开关处于连接状态时，通过电感的电流为：
ILon0 Dd T LI0 DV TL id tV L iT
低电压锁定保护、热关断保护； • 8管脚封装，底部中间有地；
典型电路分析
芯片运用的原理图 直流增益是由输出电压决定，所需的电感值将随着输 出电压的增加而增加。对于等于或高于1.8 V的输出电压， 通过增加一个前馈电容（C4）与R1并联可将相位提高。
PWM控制原理
开关电源利用对输入电压进行脉冲调制可实现自动稳压。 脉冲调制方式主要分为： PFM（Pulse Frequency Modulation）：脉冲频率调制 【特点：对于外围电路相同，在峰值效率以前，其效率远比PWM的高，且响应速度较 快；但不易实现，通常被应用于DC-DC转换器来提高轻负载效率】； PWM（Pulse Width Modulation）：脉冲宽度调制 【特点：在重载时效率高、噪音低且较于PFM易于实现，成为目前主流技术】； 工作在节电模式下的转换器在轻负载电流条件下使用PFM模式， 在较重负载电流条 件下使用脉冲宽度调制(PWM)模式。
典型电路分析
设
计
时
常
用 的
非MOS开关管集 成的RT8105
TI公司TPS54627
TI公司TPS54329
电
源
芯
片
G9661
SY8032E
典型电路分析
• 以电源芯片TPS54329为例
通过分 压电阻 获取反 馈电压
软启动
控制软 启动时 间
欠压锁 定保护
芯片内部原理框图
确保高侧FET良好 导通
• 至18V输入, 3A同步降压； • 输出电压范围：0.76V-7.0V； • 可调节软启动时间、过电流保护、
• 当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁，电感减 少的磁通为：（Vo- Vi）*Toff。
• 当开关处于断开期间，存储在电感的能量释放到输出端，同时电源端的电压也 加到输出端，即为Vo=Vi+VL
DC-DC电源分类及工作原 理
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi）*Ton=（Vo- Vi）*Toff， 由于占空比D<1，所以Vi<Vo，实现升压功能。
• 当开关断开时，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。 • 当开关处于断开期间，存储在电感中的能量释放出来，传送给负载和电容，此
时负载电压极性与电源极性相反。
DC-DC电源分类及工作原 理
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，增加的磁通等于减少的磁通， （Vi）*Ton=（Vo）*Toff，根据Ton比Toff值不同，可能Vi< Vo，也可能Vi>Vo。
• 当开关处于断开期间，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁， 电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。
• 存储在电感和电容里的能量释放出来给负载，通过续流二极管形成回路。
DC-DC电源分类及工作原 理
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi-Vo）*Ton=（Vo）*Toff， 由于占空比D<1，所以Vi>Vo，实现降压功能。
• 当开关闭合时，输入电压加在电感上，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增加 的磁通为：（Vi）*Ton。
DC-DC电源分类及工作原 理
（2）开关断开
• 当开关处于断开状态时，通过电感的电流为：
IL of f 0 (1 D )T(V i L V o )d t (V i V o ) L 1 (D )T