news 2026/5/20 19:17:08

Buck,Boost,Buck-Boost电路(从0设计)

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
Buck,Boost,Buck-Boost电路(从0设计)

Buck,Boost,Buck-boost从0推导

Buck(降压电路)

通过输入电压Ui=12V,如何得到Uo=3.3V?我们一般可以通过LDO或是DCDC开关电源来实现,本文以DCDC开关电源来实现。

通过开关电源,我们可以得到均值为3.3V的输出电压。

占空比D=3.3V/12V=0.275,即上升沿占整个周期的0.275时,我们就可以得到均值为3.3V的电压。此时得到电路图:

此时,由于不断开关电源,会导致我们所得到的电压不稳定,产生浪涌电压,所以我们就需要添加一个滤波电容。得到电路:

由于整个回路功率P是恒定的(P=UI),在刚开始上电时,电压趋向于0,所以会导致出现无穷大的浪涌电流,那如何使电流(浪涌)变小呐?考虑到加限流电阻会增大整个回路的功耗,所以我们加入电感,得到电路:

此时当开关闭合时,电路正常工作,但是开关断开后,电感开始放电,电路没有放电回路,所以我们需要添加放电回路,考虑到添加电阻会导致功耗增加(上下电都会增加功耗),所以我们需要一个上电时不导通,放电时导通的元器件,即二极管,得到电路:

接着在输入端加入滤波电容后,我们得到完整的BUCK电路:

  • 元器件参数选型(以TPS5430DDA为例)
  1. 拓扑图

  1. BUCK电路中占空比的推导:(D=Ton/(Ton+Toff)=Vo/Vin)

前置知识:

  1. 电感电流的三种模式:

①CCM电感工作于连续模式:(电流峰值不为0)

②BCM电感工作于临界连续模式

③DCM电感工作于断续模式:

(2)周期:T=ton+toff;

(3)占空比D:高电平在一个周期所占的时间;

(4)V=L*(di/dt) Von*Ton=Voff*Toff;

(5)伏秒积平衡:开关导通和开关关闭流过的电流相等

由(4)知:电流di=(V*dt)/L;

所以有[Ion=Von*Ton/L]①;[Iin=Vin*Tin/L]②

由伏秒积平衡得:VonTon=VinTin;③

Von=Vin-Vout④ Voff=0.7+Vo⑤

求解可得:Ton/(Ton+Toff)=Vo/Vin;

即占空比D=Vo/Vin.

  1. BUCK电路中的一些概念:
  1. 平均电流I;
  2. 峰峰值pp;
  3. ∆I电流变化量;
  4. IAC=1/2∆I(平均电流到pp的电流)
  5. 平均电流IDC;IAC=Ipp-IL;
  1. DC-DC电感纹波率r公式取值(r一般取值为0.3-0.5)

r=∆I/IL=∆I/Io=2IAC/IL;

r取值范围:当IAC=IL时,r最大;

DCM时r=2IAC/IL=2;

所以r:0-2。

  1. DC-DC BUCK 电路中电感值计算:

①dt=Ton=T*D=D/f

②V=Von;

③dI=IL*r;

L=Von*(D/f)/(IL*r)=D*Von/(frIL)

6、

①输入的滤波电容:(10-47)μf+100nf

②开关电源芯片:内部有MOS,内部无MOS;

③自举电容:100nf;

④BUCK电路:电感,二极管

⑤输出滤波电容:(10-47)μf+100nf

⑥反馈回路(电阻)。

  • BOOST(升压电路)
  • 、拓扑图

已知电源Vin=5V⇒Vout=12V,如何去设计?

考虑到电感电流不能突变,所以可以通过给电感充电使得Vout>Vin

此时在上电时整个回路正常,但电路无放电回路,所以需要引入放电回路:

第一次上电:上电(刚开始):即电容无电时;

放电:可行;

第二次上电:电容也会放电(考虑加二极管)(开关闭合:不想让电流左导通;开关打开:让电流右导通),放电回路正常;得到BOOST电路拓扑图;

  • 元器件参数选型(以MT3608为例)

开关频率:1.2MHZ(固定),输入电压(2V-24V)

  1. 原理图

Vout=Vref*(1+R3/R4),Vref=0.6V=5V*R4/(R3+R4)⇒0.12(R3+R4)=R2;

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