DC-DC降压是通过斩波来实现的,这种结构的电路叫BUCK电路。现在市面上有很多这种集成电路,有些将开关管集成在芯片内,有些则没有,仅仅是控制器,比如LM5008、NCP3101、NCV8853等。
工作原理简介
不论是哪种芯片,他们的主要原理都大同小异,下图是BUCK电压调整器的基本电路图。该DC-DC电路的输入电压是Vdc,输出电压是Vo。
该电路的工作过程为:
开关管Q1导通时,V1的电压约等于Vdc,电感左侧电压大于右侧的输出电压Vo,因此电感上的电流上升。
当开关管Q1关断时,由于电感上的电流不能突变,所以会通过二极管D1续流,因此V1上的电压为-0.7V左右,所以电感Lo上的电流下降。
在稳态时由于电感Lo上的电流总体上降保持不变,即上升的电流幅度等于下降的电流幅度,因此可以列出等式(等式中忽略了二极管的压降):
Ir = ( Vdc - Vo ) x ton / L
If = Vo x toff / L
式中的Ir和If分别为电感电流的上升幅度和下降幅度,ton和toff分别为开关管的导通时间和关断时间,由于Ir = If ,所以有
( Vdc - Vo ) x ton = Vo x toff
根据上式可以推出
Vo = Vdc x ton / ( ton + toff ) = Vdc x D
式中的D为占空比。而D是小于1的,从而输出电压Vo必定小于输入电压Vdc,实现了降压的功能。
控制逻辑
那么占空比是由什么来控制的呢?显然是通过控制芯片来完成的。
对一般控制芯片的控制逻辑作一简单说明: 要对输出电压进行精确的控制一般是采用反馈,这里也不例外。
首先,要对输出电压作采样,上图中通过电阻R1和R2对输出电压分压后与参考电压Vref作比较,通过误差放大器后输出Vea。
然后,Vea与锯齿波电压比较后输出PWM信号Vwm。
最后,Vwm通过电流放大器放大后驱动开关管Q1。
如果输出电压Vo偏大,那么放大后的误差信号Vea变小,与锯齿波的交点降下移,使PWM信号的占空比变小,那么输出电压Vo会变小。如果输出电压Vo偏小,整个过程刚好相反,这样就会使输出电压保持在一个稳定的小范围中,实现了稳压的作用。