圖(1)
dc-dc變換器是將一種直流電轉換成另一種固定的或者可調的直流電壓,也稱為直流---直流變換器。
通常把dc-dc電源分成兩類:
線性穩壓電源和開關穩壓電源
。當然除了以上兩種電源外,還有一種使用穩壓管的小電源。
線性穩壓電源
圖(2)
從該圖可以看出反饋的電壓控制圖中基極的電流源的電流大小來驅動三極體,當vout偏小時,基極的電流將增大增加驅動能力,把電壓上拉;當vout偏大時,基極電流將減小,從而減小輸出,達到穩定電壓的目的。其優點是成本低噪音小。缺點是效率低,輸出電流小,只能用在降壓的場合。——具體原理可見《ldo深入介紹.doc》。
而
開關電源
中則不一樣,開關管是工作在開、關兩種狀態下的。它利用無源元件電感和電容的能量儲存特性,從輸入電壓獲得能量,暫時把能量以磁場的形式儲存在電感中,或者以電場的形式儲存在電容之中,然後將其變換到負載,實現dc/dc變換。缺點是雜訊大,優點是效率高,輸出電流較大,既能降壓又能公升壓。
圖(1)是我們對dc-dc變換器常用的分類。所謂的隔離型和非隔離型,是指在應用中有無使用變壓器。而通常晶元內部都是採用非隔離型,隔離型一般在自己搭建電源(不採用整合電源晶元)使用到——具體應用可見《dcdc模組常見電路拓撲.ppt》,在該ppt中詳細說明了各種隔離型電源基本拓撲結構。
開關電源dc-dc變換器可分為幾種型別:降壓型(buck),公升壓型(boost)和公升壓-降壓型(boost-buck)。
boost-buck型中可以把二極體改為受pwm波控制的三極體或者是mos管。
通常來說,開關電源dc-dc有三種最常見的調製方式,分別為脈衝寬度調製(pwm)、脈衝頻率調製(pfm)和跨週期調製(psm)。
1) pwm方式(週期ts不變,改變導通時間ton)
pwm方式,可稱之為定頻調寬,即開關頻率保持恆定,而通過改變在每乙個週期內的驅動訊號的占空比來達到調製的目的,這是最常用的一種調製方式。當輸出電壓發生變化時,通過環路的控制,便會使驅動訊號的占空比發生改變,從而維持輸出電壓的恆定。
作為最常用的調製方式,pwm方式有以下優點:控制電路簡單,易於設計與實現,輸出紋波電壓小,頻率特性好,線性度高,並且在重負載的情況下有及高的效率。其缺點是隨著負載的變輕,其效率也下降,尤其是輕負載的情況下,其效率很低。
2) pfm方式(
導通時間ton
不變,週期ts
改變)pfm模式在正常工作時,驅動訊號的脈衝寬度保持恆定,但脈衝出現的頻率發生改變,即所謂的定寬調頻。當輸出電壓發生變化時,通過環路的調整,而使脈衝出現的頻率發生改變,從而實現對電路的控制與調整。pfm又可以分為恆定驅動訊號的高電位時間以及恆定驅動訊號的低電平時間兩種方式。
在具有模式切換的dc-dc電路中,pfm也是很常見到的一種調製試。這種調製方式的優點是:在輕負載的情況下,效率很高,並且頻率特性也十分好。但是在重負載的情況下,其效率會明顯低於pwm方式,並且由於其紋波的頻譜比較分散,沒有多少規律,這使得濾波電路的設計變得十分複雜與困難。
3) psm方式
psm方式,可稱之為定頻定寬。其驅動訊號的頻率與寬度都保持恆定,只是,當負載為最重的情況時,驅動訊號滿頻工作,當負載變輕時,驅動訊號就會跳過一些開關週期,在被跨過的週期內,開關功率管一直保持為關斷的狀態。當負載發生變化時,通過改變跨過週期的數目以及跨週期出現的次數,來實現對系統的調整與控制。
相對於前面的兩種控制方式,psm方式在工業上的應用要晚一些。相比於pwm方式,在輕負載的情況下,psm要有更高的效率,並且其開關損耗與系統的輸出功率成正比,與負載的變化情況關係不大。但是這種調控方式,會使輸出電壓有著比較大的紋波電壓,不適合用於為對電源電壓精度要求很高的一些系統供電。
綜上,pwm控制型效率高並具有良好的輸出電壓紋波和雜訊。pfm控制型即使長時間使用,尤其小負載時具有耗電小的優點。
在實際應用中,其工作的調製方式一般是混用和切換的。通常分為以下幾種模式:突發調製模式burst、pfm/pwm雙模式(輕載時pfm,過載時pwm)和 burst/pwm雙模式(輕載時burst,過載時pwm)
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