DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器是電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要應(yīng)用的一類電子元器件，這類元器件基本原理相對(duì)簡(jiǎn)單，但應(yīng)用中也常會(huì)有一些問題伴隨出現(xiàn)，本文對(duì)實(shí)際的變換器設(shè)計(jì)中一些值得關(guān)注的關(guān)鍵問題進(jìn)行了整理和收集，希望對(duì)大家有所幫助。關(guān)于DC/DC電壓變換器設(shè)計(jì)的問題，歡迎隨時(shí)溝通，桑尼奇-孫生，18576699326，QQ:2335804557。（更多詳情）

問題1：對(duì)于某一給定輸入電壓，DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器只采用一些基本的基于電感的拓?fù)洌?/span>buck、boost和buck-boost），理論上能得到怎樣的輸出電壓？

答：buck為DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌?/span>Vo<Vin），boost為升壓拓?fù)洌?/span>Vo>Vin）,而buck-boost既能降壓也能升壓（Vo<Vin,Vo>Vin）。注意，此外僅涉及輸入和輸出電壓幅值，需謹(jǐn)記buck-boost也可使輸出電壓與輸入電壓極性相反。

問題2：DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)渑c電路結(jié)構(gòu)有何差別？

答：例如，15V到5V的降壓變換器可采用buck拓?fù)?，但此處?shí)際上是“正輸入正輸出”的buck電路結(jié)構(gòu)，若將-15V轉(zhuǎn)換為-5V，則需“負(fù)輸入負(fù)輸出”的buck電路構(gòu)，拓?fù)錇殡娐方Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，但可通過很多種連接方法實(shí)現(xiàn)?？偟膩碚f，決定功率變換器性質(zhì)的只有電壓幅值。類似地，15V到30V的轉(zhuǎn)換需“正極性boost”，而-15V到-30V的轉(zhuǎn)換則需“負(fù)極boost”。以上為boost拓?fù)涞膬煞N不同電路結(jié)構(gòu)。對(duì)buck-boost電路，需記住其極性變換的特性。

問題3：什么是“反極性”電路結(jié)構(gòu)？

答：“反極性”電路結(jié)構(gòu)即輸出與輸入極性相反。buck-boost是一個(gè)特別的電路，與其它電路不同，最大優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)升壓或降壓，同時(shí)具有輸出與輸入反極性特點(diǎn)。

問題4：buck電壓變換器能否用來將15V輸入轉(zhuǎn)換為14.5V輸出？

答：從技術(shù)上來講，buck為降壓調(diào)整器，所以只要Vo<Vin，原則上就可以實(shí)現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)換。然而實(shí)際操作中，變換器的輸入和輸出電壓大小差值有一定的限制。即使buck的開關(guān)管充分導(dǎo)通，開關(guān)管也會(huì)有一定的導(dǎo)通壓降Vsw，這就相當(dāng)于將輸入電壓Vin減去此數(shù)值的電壓。注意這種充分導(dǎo)通下，開關(guān)變換器基本功能相當(dāng)于LDO，因些，如第1章所述，此時(shí)也應(yīng)考慮到LDO的最小壓差。例如，若開關(guān)管的導(dǎo)通壓降Vsw為1V，則一定不能由15V的輸入電壓得到高于14V的輸出電壓。

第二點(diǎn)需考慮的是，因?yàn)樽畲笳伎毡鹊南拗?，即使假設(shè)開關(guān)管和二極管的導(dǎo)通壓降為0V，仍不能得到所需的電壓。如所求實(shí)例中，需要的占空比（理論值）Vo/Vin=14.5V/15V=0.97，即97%。然而市場(chǎng)上絕大部分的buck IC設(shè)計(jì)都不能保證達(dá)到如此高的占空比值。一般IC最大占空比值由其內(nèi)部?jī)?nèi)路決定，且Dmax典型值為90%~95%，所以很顯然D=97%超出了其設(shè)計(jì)范圍。

問題5：開關(guān)電源實(shí)際設(shè)計(jì)中，哪個(gè)是我們必須記住的這三種拓?fù)涞淖罨静顒e？

答：buck電路電感平均電流（iL）等于負(fù)載電流（Io），也即IL=Io，但對(duì)boost與buck-boost電路，此平均電流等于Io/(1-D)。所以在后兩種拓?fù)渲?，電流?/span>D(占空比)的函數(shù)，即間接為輸入電壓的函數(shù)（對(duì)給定輸出）。

問題6：三種基本拓?fù)渲校伎毡热绾坞S輸入電壓變化？

答：所有拓?fù)渲校?strong>高占空比對(duì)應(yīng)低輸入電壓，低占空比對(duì)應(yīng)高輸入電壓。

問題7：何謂DC-DC變換器“峰值電流”？

答：所有DC-DC變換中，“電感峰值電流”、“開關(guān)峰值電流”與“二極管峰值電流”都完全相同，一般簡(jiǎn)稱為（變換器的）Ipk。

問題8：DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中，成品電感選擇需考慮的關(guān)鍵參數(shù)有哪些？

答：電感值（以及開關(guān)頻率、占空比）決定電流峰值，而拓?fù)浔旧恚ň唧w應(yīng)用情況為占空比與負(fù)載電流）決定電感電流平均值。對(duì)于給定的應(yīng)用，若減少電感值，電感電流波形將會(huì)有更在的峰值，從而導(dǎo)致開關(guān)管、二極管（與電容）的電流峰值增大。所以，典型變換器設(shè)計(jì)首先估算最優(yōu)電感值以防止電感飽和，這是設(shè)計(jì)與選擇電感時(shí)最重要的方面。

然而電感值并不全由電感線圈決定。理論上，對(duì)于給定的較細(xì)導(dǎo)線和磁心，可以通過繞制合適的匝數(shù)得到任意的電感值。但一個(gè)電感器能否承受通過的電流而不飽和仍是問題。磁心磁場(chǎng)（其決定電感電否飽和）的決定因素不是電流本身，而是電流與線圈匝數(shù)的乘積（安匝數(shù)）。所以選擇電感時(shí)不僅應(yīng)該選取合適的電感值而且要考慮其是否滿足能量要求，通常用微焦表示。磁心必須能夠儲(chǔ)存大于或等于應(yīng)用所需的能量，即1/2XLI²_PK.

  問題9：DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器中適用于所有拓?fù)潆姼兄涤?jì)算的基本設(shè)計(jì)規(guī)則是什么？

答：為減少開關(guān)電源內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力與元件體積，一般電流紋波率r取值為0.4，對(duì)所有開關(guān)頻率，所有拓?fù)渚鶠檩^好的折中選擇。

r為△I/IL，其中△I為電流峰值，IL為電感平均電流（△I）。R=0.4即為r=40%或r=±20%，表示電感電流峰值比平均值高20%。

利用定義r=△I/IL與基本電感公式，求出相應(yīng)的電感值

Von=L△I/△t=L（ILXr）/D/f

解得  L=VonXD/(ILXrXf)

式中電感L的單位為H，f的單位為Hz。Von為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電感上所加電壓，buck電路中其值等于Vin-Vo，boost與buck-boost電路中為Vin。同樣，IL為電感平均電流，buck電路中為Io,boost與buck-boost電路中為Io/(1-D)。

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