最常用的升降压系统:buck/boost/buckboost同步升降压系统讲解

发布网友发布时间：2024-10-08 01:29

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热心网友时间：2024-11-09 17:07

在低压系统中，面对不同电压需求，我们通常会采用不同的解决方案。对于低负载需求，线性电压源或电阻分压技术便能满足需求。然而，当负载功率要求较高，甚至出现输入电压大于输出电压的情况时，就需要更复杂的电路设计来满足供电需求。在低压端，大功率变换主要依赖于buckboost和电荷泵两种形式，而buck boost电路因其示例丰富、案例多样和稳定性高等优点，在DIY领域广受欢迎。

首先，让我们来了解一下构成buck boost电路的几种关键元件及其性质：二极管、MOS管、电感、电容。二极管具有单向导电性，硅管的压降约为0.7V，锗管约为0.3V，而肖特基管约为0.4V。MOS管是一种电压控制电阻，其导通电压为栅极到源极电压差Vgs（th）。低压nmos的Rds（on）通常在5毫欧以内。电感能将增加的电流转化为磁场储存，并在电流减小时将磁场转化为电流以遏制电流变化。运行过程中，电感会瞬间切断回路，产生极高感应电压，如果电感值过小或电路频率较低，可能会导致电感饱和。

buck电路（降压电路）的基本原理是：当Q1导通时，电感L1会充能并给电容充电，电流逐渐上升，输出电压也随之缓慢上升。当达到预定电压时，关闭mos管，此时电感状态改变，释放能量产生感生电流，通过负载和电容形成回路，电流逐渐减小，输出电压降低一段时间。然后，Q1再次导通，电感充电并给负载供电，电感状态改变，储存能量，D1关断，输出电压上升，进入下一个循环。输出电压的大小取决于Q1导通的时间，即占空比，占空比越长，输出电压越接近输入电压。

同步电路则是将异步降压电路中的续流二极管替换为一个mos管，且pwm1和pwm2相位差必须为180度，以避免双管导通导致短路。实际上，在实际设计中，mos本身存在寄生电容，因此不会立即导通Q2，而是会等待Q4放电完成后再导通Q2，这被称为死区时间。

升压电路（buck boost）与降压电路相似，但方向相反。首先，Q5关断，电流通过L3和续流二极管D2给负载供电，负载电压接近VCC电压时，Q5导通，D2关断，电流流经电感L3后通过Q5直接回负极。此时，过Q5的电流大于负载电流，关闭Q5，L3电流脉冲通过D2进入电容，同时给负载供电，形成回路。随后，L3电流下降，Q5再度导通，进入下一个循环。输出电压的大小取决于Q5导通时间的长短，占空比越高，输出电压越高。

在实际应用中，buck boost电路常用于移动电源中，能够实现接口的输出和输入功能，并能够自适应输出/输入任意电压（协议匹配问题）。充电状态与放电状态则根据VCC电压的高低自动切换。例如，当VCC高于+5V时，采用同步降压电路对电池充电；当VCC低于+5V时，则采用同步升压电路对负载供电。这一过程通过Q7、Q8、Q9、Q10等元件的交替导通与截止来实现。

总结来说，buck boost同步升降压系统在低压端应用广泛，能够灵活应对不同电压需求。通过理解其基本元件和工作原理，我们可以更好地设计和应用这种电路，满足多种实际需求。