01BUCK開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源原理介紹

上圖為BUCK開(kāi)關(guān)電源的基本電路，電路中VT為開(kāi)關(guān)管，工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)（VT飽和導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于一只接通的開(kāi)關(guān)，VT截止時(shí)相當(dāng)于一只斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)）。電感L和電容C為儲(chǔ)能元件。RL為電源的負(fù)載。D為續(xù)流二極管，它在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)導(dǎo)通，保證電感L中的電流不中斷。

開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，VIN電源通過(guò)開(kāi)關(guān)管VT，電感L和負(fù)載RL形成電流回路，同時(shí)向電容器C充電，在電感L和電容C中同時(shí)儲(chǔ)能。

開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，由于電感線圈中電流的突然中斷，將在電感L兩端產(chǎn)生左負(fù)右正的自感電動(dòng)勢(shì)，該自感電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管D導(dǎo)通，形成電流回路。

同時(shí)，電容C也通過(guò)RL放電。雖然開(kāi)關(guān)管截止了，但是負(fù)載電流并沒(méi)有中斷。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通截止時(shí)間的比例就可以控制輸出電壓的大小。

用PWM控制開(kāi)關(guān)管時(shí)輸出電壓Uo=D*Ui其中D為PWM占空比。

02開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路介紹

上圖我們僅僅由一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)代替了晶體管，但是實(shí)際上晶體管的導(dǎo)通是需要一定的條件的，以增強(qiáng)型NMOS為例（PMOS成本高導(dǎo)通電阻大，一般采用NMOS，NPN三極管原理與增強(qiáng)型幾乎一樣，但導(dǎo)通壓降大），NMOS導(dǎo)通的條件是VGS(柵源極電壓)>導(dǎo)通電壓（用NPN三極管更容易理解Vbe>0.7V即導(dǎo)通）。

圖中MOS管源極接到電感左方，漏極接輸入電壓，柵極一般接12V的PWM。如果MOS管導(dǎo)通源極電壓VS會(huì)上升至輸入電壓，此時(shí)VG為12V，VS可能大于VG，會(huì)導(dǎo)致MOS不能導(dǎo)通，于是我們需要一個(gè)電路保證MOS管正常導(dǎo)通，常用的即自舉電路。

自舉電路核心思想為利用電容兩端電壓不能突變，在柵源之間接一個(gè)自舉電容，當(dāng)V1輸入高電平時(shí)，Q1、Q4導(dǎo)通，Q2截止，Q3導(dǎo)通，源極輸出高電平48V，由于C2兩端電壓14V，所以Q3的導(dǎo)通使電容抬升了VDD的電壓，即電容C2的正極電壓位62V左右，經(jīng)過(guò)三極管Q4、二極管D1到達(dá)Q3的柵極，電容C2起到了自舉抬升電壓的作用，使Q3持續(xù)導(dǎo)通。

當(dāng)V1輸入低電平時(shí)，Q1、Q4截止，Q2導(dǎo)通，Q2的導(dǎo)通為Q3的柵極提供放電電路（柵極電壓通過(guò)Q2、電阻R1放電），使得電容C2的負(fù)極電壓接近0V，即柵極電壓VG=0V。

當(dāng)然，這個(gè)電路稍稍有些復(fù)雜，相信大多數(shù)人不會(huì)自己去搭建，感謝我們的芯片制作商，為我們開(kāi)發(fā)了許多MOS的驅(qū)動(dòng)芯片，以常用的IR2104為例，只需要接入一個(gè)二極管和一個(gè)電容，在IN腳輸入PWM，即可正常驅(qū)動(dòng)MOS管。

那么，問(wèn)題來(lái)了，為什么這個(gè)電路有兩個(gè)MOS管呢？為了得到更高的效率，將基本的BUCK電路進(jìn)行了改進(jìn)，用導(dǎo)通電阻僅為毫歐級(jí)的MOS管替代了原圖中導(dǎo)通壓降約0.7V的二極管，組成了同步BUCK電路。LO和HO反相，上管導(dǎo)通時(shí)下管截止。

03BOOST升壓電路

開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，電感相當(dāng)于直接接在電源兩端，電感會(huì)充電，而電容兩端電壓不會(huì)瞬時(shí)變化，保持輸出電壓穩(wěn)定。

二極管D反向截止，防止電容C反向充電，同時(shí)電容器C放電，與負(fù)載RL形成電流回路。此時(shí)，電感L會(huì)存儲(chǔ)能量，電容C會(huì)釋放能量。

開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，二極管D正向?qū)ǎ捎陂_(kāi)關(guān)管突然斷開(kāi)，電感L中的電流不會(huì)突然變化，會(huì)形成較大的電動(dòng)勢(shì)，給電容C充電，并提供負(fù)載電流。此時(shí)，電容C存儲(chǔ)能量，電感L釋放能量。Uo =Uin/D。

04BUCK-BOOST電路

開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，電感相當(dāng)于直接接在電源兩端，電感會(huì)充電，而電容兩端電壓不會(huì)瞬時(shí)變化，保持輸出電壓穩(wěn)定。

二極管D反向截止，防止電容C反向充電，同時(shí)電容器C放電，與負(fù)載RL形成電流回路。

此時(shí)，電感L會(huì)存儲(chǔ)能量能，電容C會(huì)釋放能量。負(fù)載電流由電容提供。

開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，二極管D正向?qū)ǎ捎陂_(kāi)關(guān)管突然斷開(kāi)，電感L中的電流不會(huì)突然變化，會(huì)形成較大的電動(dòng)勢(shì)，給電容C充電，并提供負(fù)載電流。

此時(shí)，電容C存儲(chǔ)能量，電感L釋放能量。負(fù)載電流由電感電流提供。Uo/Uin =D/(1-D)。

經(jīng)過(guò)今天的學(xué)習(xí)，從此，我們就可以根據(jù)我們的需求獲得各種各樣的直流電壓。下次我們來(lái)介紹DC-AC變換，即逆變電路的原理。