开关电源DC-DC buck和boost介绍
BUCK-BOOST-BUCK-BOOST电路的原理
BUCK BOOST BUCK/BOOST电路的原理Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器.图中，Q为开关管,其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts,导通时间为Ton,关断时间为Toff,则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。
、Boost变换器：也称升压式变换器,是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器.开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作.电感Lf在输入侧，称为升压电感。
Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式、Buck/Boost变换器:也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。
Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。
Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。
LDO的特点：①非常低的输入输出电压差②非常小的内部损耗③很小的温度漂移④很高的输出电压稳定度⑤很好的负载和线性调整率⑥很宽的工作温度范围⑦较宽的输入电压范围⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波.斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。
其具体的电路由以下几类:】（1）Buck电路—-降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。
（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。
（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。
(完整版)BUCK和BOOST电路
直流BUCK 和BOOST 斩波电路一、 B UCK 电路降压斩波电路(Buck Chopper)Q 为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation 脉宽调制)信号，信号周期为Ts ，则信号频率为f=1/Ts ，导通时间为Ton ，关断时间为Toff ，则周期Ts=Ton+Toff ，占空比Dy= Ton/Ts 。
负载电压的平均值为：式中t on 为V 处于通态的时间，t off 为V 处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=t on /T)。
由此可知，输出到负载的电压平均值U O 最大为U i ，若减小占空比α，则U O 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。
工作原理为:当在t on 状态时，电源为这个电路供电，并对电感和电容充电，负载电压缓慢上升到电源电压。
当t off 状态时，电源电压为断开状态，系统供电依靠电感和电容的储能供电。
所以是一个递减的电压。
所以系统的这个工作流程为，周期性的电源供电方式，而输出的负载的电源大小取决于周期中的占空比。
(a)电路图 (b)波形图（实验结果 ）图1降压斩波电路的原理图及波形二、 B OOST 电路开关管Q 也为PWM 控制方式，但最大占空比Dy 必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。
电感Lf 在输入侧，称为升压电感。
Boost 变换器也有CCM 和DCM 两种工作方式升压斩波电路(Boost Chopper)U i I 1t on =(U O -U i ) I 1t offii on i off on on o aU U TtU t t t U ==+=U GE U D t t tU Ot on t of fT U iVDL C -+-+U EGC R 11U D +-上式中的T/t off ≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。
工作原理当开关S 在位置a 时，如图2(a)所示电流iL 流过电感线圈L ，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L 中。
DC-DC变换器BUCKBOOST
最基本的斩波电路如图1所示，斩波器负载为R 。
当开关开关开关是最常见的电子元件，功能就是电路的接通和断开。
接通则电流可以通过，反之电流无法通过。
在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。
[全文]S 合上时，UOUT=UR=UIN ，并持t1时间。
当开关切断时UOUT ＝UR ＝0，并持续莎2时间，T ＝t1＋t2为斩波器的工作周期，斩波器的输出波形如图1（b ）所示。
定义斩波器的占空比D ＝t1／T ，t1，为斩波器导通时间，T 为通断周期。
通常斩波器的工作方式有两种：一是脉宽调制工作方式，即维持t1不变，改变T ；二是脉频调制工作方式，即维持T 不变，改变t1。
当占空比D 从0变到1时，输出电压的平均值从零变到UIN ，其等效，其等效电阻电阻电阻 电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。
电阻小的物质称为电导体，简称导体。
电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。
[全文]也随着D 而变化。
而变化。
图1 降压斩波电路原理在高频稳压开关电源开关电源开关电源1是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM ）控制IC 和MOSFET 构成。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间 [全文]的设计中，普遍采用的是脉宽调制方式。
普遍采用的是脉宽调制方式。
因为频率调制方式容易产生谐波干扰，因为频率调制方式容易产生谐波干扰，因为频率调制方式容易产生谐波干扰，而且其而且其而且其滤波滤波器滤波器 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。
在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解一、DC-DC电源基本拓扑分类：开关电源的三种基本拓扑结构有Buck、Boost、Buck-boost（反极性Boost）。
如果电感连接到地，就构成了升降压变换器，如果电感连接到输入端，就构成了升压变换器。
如果电感连接到输出端，就构成了降压变换器。
基本拓扑图如下：1.Buck2.Boost3.Buck-Boost二、DC-DC复杂拓扑结构1.反激隔离电源（FlyBack）另外有些隔离电源拓扑就是通过基本拓扑增加变压器或者变化得到的，例如反激隔离电源（FlyBack）。
2.Buck+Boost拓扑本质是用一个降压“加上”一个升压，来实现升降压。
SEPIC拓扑：集成了Boost和Flyback拓扑结构3.Cuk、Sepic、Zeta拓扑通过基本拓扑直接组合，形成了三个有实用价值的拓扑结构：Cuk、Sepic、Zeta。
Cuk的本质是Boost变换器和Buck变换器串联，Sepic的本质是Boost和Buck-Boost串联，Zeta可以看成Buck和Buck-Boost串联。
但是里面有些细节按照电流的方向在演进的过程中调整了二极管的方向，两极串联拓扑节省了复用的器件。
通过这样串联和演进，产生了新的三个电源拓扑。
同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑。
4.四开关Buck-Boost拓扑同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑5.反激、正激、推挽拓扑的演进利用变压器代替电感，可以把Boost演进为一个新拓扑FlyBack即反激变换器（反激的公式来看又是很像Buck-Boost，这里变压器不同于电感，也有说法会说反激是Buck-Boost变过来的）。
可以把Buck电路的开关通过一个变压器进行能量传递，就形成正激变换器。
将两个正激变换器进行并联，可以形成推挽拓扑。
正激的变压器，是直接输送能量过去，而不是像反激变压器那样传递能量。
buckboost电路区别？
Buck（降压）和Boost（提升）是两种常见的DC-DC 转换电路，它们具有不同的电压转换功能和特点。
Buck（降压）电路：
- 降压电路主要用于将输入电压降低到较低的输出电压，因此也被称为降压转换器。
- 降压电路的工作原理是通过控制开关管的导通时间比例，使得输入电压经过电感和电容的作用，转换为较低的输出电压。
- 降压电路的输出电压通常小于输入电压，用于供电给电压较低的设备或电路。
Boost（提升）电路：
- 提升电路主要用于将输入电压提高到较高的输出电压，因此也被称为升压转换器。
- 提升电路的工作原理是通过控制开关管的导通时间比例，使得输入电压经过电感和电容的作用，转换为较高的输出电压。
- 提升电路的输出电压通常大于输入电压，用于供电给电压较高的设备或电路。
区别：
1. **电压转换方向**：降压电路将输入电压降低到输出电压，
而提升电路将输入电压提升到输出电压。
2. **适用场景**：降压电路常用于需要输出低电压的场合，如电子设备的供电；提升电路常用于需要输出高电压的场合，如闪光灯、高压驱动器等。
3. **电路结构**：降压电路和提升电路在电路拓扑结构上有所不同，分别采用不同的开关管导通方式和电感电容的配置。
需要注意的是，除了降压和提升电路以外，还有一种称为Buck-Boost（升降压）的电路结构，它可以实现输入电压到输出电压的升降转换功能，更加灵活适用于各种电源管理系统的场合。
Boost和Buck变换器
7.3.1电流模式控制Boost 变换器在DC-DC 开关变换器的混沌状态研究中，电流模式控制Boost 变换器是一重要研究对象[90,122,123]，其基本电路框图如图7-1所示，根据开关管G 的状态不同，Boost 变换器的电路拓扑也发生变化，假定变换器工作于连续导通模式，则有两种电路拓扑分别对应开关管G 的两个状态，其微分方程描述为：⎩⎨⎧+=+=截止导通G E B x A x G E B x A x off off on on （7-5） 其中x 为状态矢量，即x=[I L ，V o ]T ，系数矩阵分别为：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=01,111001,1000L B RC C L A L B RC A off off on on （7-6） 设时钟脉冲开始后开关管G 是导通的，则电感电流I L 线性增加，当I L 增加至峰值参考电流I ref *时，触发器复位，开关管G 截止，这期间到来的时钟脉冲均被忽略，然后电感L 与Boost 变换器的RC 输出部分产生谐振，电感电流I L 谐振下降，直至下一个时钟脉冲到来后再次使开关管G 导通，图7-2就是电感电流I L 的一种典型波形。
微分方程式（7-5）的解可由解析的方法得到，也可由数值仿真的方法得到，在本文中则选择数值仿真的方法，即以式（7-5）来构造Matlab 下的分段开关模型，并用龙格-库塔（Runge-Kutta ）算法来进行仿真。
根据文献[90,122,123]，电路参数取为：E =10V ，L =1mH ，C =12μF ，R =20Ω，I ref *=0.6A ~5.5A ，驱动时钟是频率f s 为10kHz 的脉冲波。
以精确电路模型（7-5）式进行仿真，基于§5.2频闪映射的概念，取每个开关周期初始时的电路状态变量构成庞加莱截面，可得Boost 变换器在峰值参考电流I ref *的变化区间上的分叉图，如图7-3所示，可见这是一个典型的倍周期分叉过程，而在I ref *≈4.79A 之后，出现了以3周期为起始的倍周期分叉。
PWM开关电源分类buck, boost介绍及主要元件参数选择
ESR<= △Vo/IPK=0.05/0.91=55mΩ
Design Example
• Boost converter • Step3:selection of power switch(MOSFET) PMOSFET=Ipk^2*Rds(on)*Dmax+[0.5*Vin(max)*I pk*(tr+tf)*fs] Assume Ta=55 ° C RθJA=50 ° C/W Pd=0.91*0.91*0.0135*0.6+[0.5*7*0.91*0.3u*110k] =0.112W Tj=Ta+(RθJA*Pd)=60.6° C
Step2: L>=[Vin-Vds(sat)-Vo]*D/ △IL*fs
=[6-0.1-3.3]*0.64/0.6*(110*10^3)=21.6uH △IL=2*10%*Io=2*0.1*3=0.6A fs=110kHz
So we can choose 22uH
Design Example
Step3:
• Boost converter Example Vin=5~7V,Vo=12V Step1:
Duty ratio D=Vo+Vd-Vin(min)/Vo+Vd-Vds(sat) The Duty cycle for Vin=5,6,7 is 0.6,0.52,0.44
Design Example
Design Example
• Step7: Input capacitor: Iin(rms)=√[D*(Io(max)+Io(min)*(Io(max)Io(min))+(△IL^2)/3] = √[0.78*(3+0.3)*(3-0.3)+0.36/3] =2.67A
Buck-Boost详解(最新整理)
1.2.1 运行于第一象限
这是指输出端电压平均值和电流平均值均为正的工作状态。
（0≤t≤DT） S1 及 S2 均导通，等效电路如
图 2(a)所示，输出电压 Uo 为 Ud，输入电流等于输出电流，输出电流线性增长，负载从电源吸取能量 。
(DT≤t≤T) S1 导通，S2 断开，D1 正偏续流，等效电路如图 2(b)所示，由于 S1 与 D1 导通，Uo 的值 Xiao Bian gives you a passage. Minand once said, "people who learn to learn are very happy people.". In every wonderful life, learning is an eternal theme. As a professional clerical and teaching position, I understand the importance of continuous learning, "life is diligent, nothing can be gained", only continuous learning can achieve better self. Only by constantly learning and mastering the latest relevant knowledge, can employees from all walks of life keep up with the pace of enterprise development and innovate to meet the needs of the market. This document is also edited by my studio professionals, there may be errors in the document, if there are errors, please correct, thank you!
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输出电流
Iout(retad)：额定输出电流。 Iout(min)：在正常运行情况下，最小的输出电流。 Iout(max)：负载的瞬态承受的输出电流。 Isc：负载短路时的最大极限电流。
电源系统设计指标
动态负载响应时间
当加上阶跃负载时，电源系统响应需要的时间
电压调整率
输入电压变化时，输出电压的变化率，即： 电压调整率=（最高输出电压-最低输出电压）/额定输出电压 X100%
A
V+
B
V-
面积A=面积B
A
V+
B
V-
开关电源的基本分析
分析开关电源中电容和电感的几条原则：
1. 2. 3. 4. 电容两端的电压不能突变 (当电容足够大时,可认为其电压不 变)。 电感中的电流不能突变 (当电感足够大时,可认为其电流恒定 不变)。 流经电容的电流平均值在一个开关周期内为零。 电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。
I C
+ U -
U
It C
2. 在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零。
A
I+
B
I-
面积A=面积B
开关电源的基本分析
电感的基本方程
i(t)
+ u(t) -
di(t ) u(t ) L 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.
有源开关(Switch)
二极管(Diode)
电感(Inductor)
电容器(Capacitor)
变压器(Transformer)
开关电源的基本分析
电容的基本方程
i(t) + u(t) -
1 du (t ) i (t ) C dt
1. 当一电流流经电容, 电容两端的电压逐渐增加, 并且电容量越大电壓增加越慢.
Ic
Iout 2Pout/Vin 2Pout/Vin
Vdss
Vin Vout Vin-Vout
Id
Iout 2Pout/Vin 2Pout/Vin
Vr
Vin Vout Vin-Vout
If
Iout Iout Iout
开关电源小结
开关电源功率电路的五个基本元件：开关, 二极管点
1. 2. 3. 4. 5. 电容的电压不能突变, 电感的电流不能突变 流经电容的电流平均值为零, 电感两端电压的平均值为零 理想变压器电压与匝数成比且同名同极性, 电流与匝数成反比且点进点出 电容恒流充电的公式为C * U I * T , 电感恒压储能的公式为 变压器与电感的伏秒积必须平衡
L * I U * T
SLIC VBAT 等效电路
VI + Vo +
RL
VI + VL + -
Vo
+
RL
VI*DT=VL*(1-D)T VL=VI*D/(1-D) VO=-VL=-VI*D/(1-D)
EPD -15V
Vout VIN
RL
Vout
VIN
RL
DC/DC電源詳解
FAE NAME：CARY.CHEN TAD
1. DC/DC概述
2. 电源系统设计指标
3. 开关电源的基本分析 4. 开关电源的拓朴结构
5. 小结
概述
二. 理想直流变换器应有的参数性能
1. 2. 3. 4. 输入输出端的电压均为平滑的直流电压，无交流谐波的分量 输出阻抗为零 快速动态响应，抑制能力强 高效率，小型化
Vin
D
S2
Vin UL
-Vo
根据L的伏秒平衡原则： Vin*DT=(Vo+2Vd)*(1-D)T
IL
I o
Io
Vo=Vin *D/(1-D)-2Vd
根据L在(1-D)T时间的基本方程： L*ΔIo=(Vo-2Vd)(1- D)T
Vin
Vds1
ΔIo=(Vo-2Vd)(1-D)T/L
Vds2
Vo
BUCK-BOOST输入输出关系
1 2 V (t t ) I u (t ) dt 2 1 L t1 L
t
u(t)
I
t0
t
i(t)
I
t1
V-
t2
对稳定状态
I I
V (t1 t0 ) V (t2 t1 )
伏秒平衡原则: 在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值.
S
Vo=Vin /(1-D)
Vo>Vin, 升压型电路
D
L
Vo
Io
S1
Vin
D
Vo<Vin, 当D<0.5 Vo=Vin *D/(1-D) Vo>Vin 当D>0.5 升降压型电路
S2
BUCK电路工作原理分析
D
L
Vo
Vin
S
Io
T S
D
1-D
Vin-Vo UL -Vo
根据L的伏秒平衡原则： (Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T
合
电源系统设计指标
输入电压
Vin(nom)：产品的正常输入电压 Vin(max)：产品的最高输入电压 Vin(min)：产品的最低输入电压 频率：直流，50，60，400Hz等 浪涌电压：输入电压超出Vin(max)的时间段，电源必须能够承受这个浪涌电压，正常工作 瞬态电压：具有很高的电压尖峰（包括正与负尖峰），这是输入电源系统的特征
三. 常用的DC/DC电源方案
1. 线性电源。主要应用于对发热和效率要求不高的应用场合，线性电源的效率通常在35% to 50%之间 2. 脉宽调制（PWM）开关电源。在使用时具有比线性电源更高的效率和灵活性 3. 高效率的谐振开关电源。由基本的PWM开关电源演变而来，主要应用于高效率和对电磁干扰有特别要求的场
输入电流
Iin(max)：最大平均输入电流。它的最大极限值可以由安全管理机构来定义。
输出电压
Vout(rated)：额定输出电压（理想输出电压） Vout(min)：保证负载不被切断的最小输出电压。 Vout(max)：保证负载线路正常运行的最大输出电压。 Vout(abs)：负载遭到破坏时的极限电压。 电压纹波：这是峰-峰值电压，它的频率和大小应该能被负载所接受
BUCK电路的输入输出关系
Vo/Vin = D
1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 Vo( D) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 D 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1
BOOST电路的工作原理分析
D T Io Vin S S D Vin UL Vo-Vin 1-D
U I L
Ut I 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
I + L U -
U
LI t
开关电源的基本分析
电感的伏秒平衡原则：
V+
di(t ) u(t ) L dt
V (t t ) 1 1 I u (t ) dt 1 0 L t0 L
BOOST电路的输入输出关系
Vo/Vin =1/(1-D)
10 10 9 8 7 6 Vo( D) 5 4 3 2 1 1 0 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 D 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1
BUCK-BOOST电路的工作原理分析
D
L
Vo
Io S1 S2 D
T
1-D
S1
IL
I o
Io
Vo=Vin *D
根据L在1-D时间的基本方程： L*ΔIo=Vo *(1-D)T ΔIo=Vo *(1-D)T/L
Is
BUCK电路工作原理分析
D
L
Vo
Io UD
Vsat Vin
S Vin
Ion Ioff
VD
Ipk IL Imin
BUCK电路的工作可以看作是一个机械飞轮和单活塞发动机。 电路的LC滤波器就是飞轮，存储从驱动器输出的脉冲功率。LC滤 波器（扼流输入滤波器）的输入就是经过斩波以后的电压。LC滤 波器平均了占空比调制的脉冲电压。LC滤波器的作用可用以下公 式表示： Vout=Vin*D 通过控制电路改变占空比，即可保持输出电压的恒定。BUCK 变换器之所以被称为降压式变换器，是因为它的输出电压必定低 于输入电压。 我们可以把BUCK电路的工作过程分成两个阶段，当开关导通 时，输入电压加到LC滤波器的输入端，电感上的电流以固定斜率 线性上升。电感上的电流用下面公式描述： IL(on)=((Vin-Vout)/Lo)*Ton + Imin 在这个阶段，存储在电感上的能量为： Estored=½ Lo(Ipk^2-Imin^2) 输入的能量就存储在电感铁心材料的磁通中。
两个有用的公式：
C: L:
du(t ) i(t ) C dt
恒流充电
C * U I * T L * I U * T
u(t ) L
di(t ) dt
恒压储能
开关电源的拓朴结构
三种基本的非隔离开关电源
D
L
Vo Io
Vin
S
Vo=Vin *D
Vo<Vin, 降压型电路
L Vin
D
Vo Io
负载调整率
负载电流从半载到额定负载时，输出电压的变化率，即： 负载调整率=（满载时输出电压-半载时输出电压）/额定负载时输出电压 X100%
总效率
这将决定系统有多少热量产生，以及在结构设计时是否应考虑采用散热片。 总效率=输出功率/输入功率 X100%