讲解BUCK/BOOST电路的原理

冬至子 2023-04-26 4242

电子说

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描述

升压和降压电路，就是指电力电子设计当中常说的BUCK/BOOST电路。这两种电路经常一起出现在电路设计当中，BUCK电路指输出小于电压的单管不隔离直流变换，BOOST指输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换。作为最常见也比较基础的两种电路，本篇文章就主要对BUCK/BOOST电路原理进行讲解。

首先让我们从BUCK变换器的概念开始讲起，BUCK变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输进电压的单管不隔离直流变换器。

PWM控制

**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。**

开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不答应在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输进侧，称为升压电感。BOOST变换器也有CCM和DCM两种工作方式。

PWM控制

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进电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输进电压相反。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。

PWM控制

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 非常低的输进输出电压差；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 较宽的输进电压范围；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，其输出均匀电压U0小于输进电压Ui，极性相同。

(2)BOOST电路——升压斩波器，其输出均匀电压U0大于输进电压Ui，极性相同。

(3)BUCK-BOOST电路——降压或升压斩波器，其输出均匀电压U0大于或小于输进电压Ui，极性相反，电感传输。

(4)Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出均匀电压U0大于或小于输进电压Ui，极性相反，电容传输。

**DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*D；BOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo= Vi/(1-D)；BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)* D/(1-D)D为充电占空比，既MOSFET导通时间。**

开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。

因开关电源工作效率高，一般可达到80%以上，故在其输出电流的选择上，应正确丈量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为： Is=KIf式中：Is—开关电源的额定输出电流；If—用电设备的最大吸收电流；K—裕量系数，一般取1.5～1.8；电容式开关电源它们能使输进电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输进电压以一定因数(0.5，2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。

这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)首先贮存能量，然后以受控方式开释能量，以获得所需的输出电压。

PWM控制

BUCK/BOOST电路看似简单，但是实际分析起来还是能够分析出很多细枝末节的知识。只有熟练掌握了这些基础知识，才能更加熟练、快速的完成电路设计。可见，在学习的过程当中，切忌急功近利，稳扎稳打才是最稳妥也是最能收获知识的学习方式。

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