03.07 DC轉DC輸出為什麼一定要加功率電感?不加會有什麼問題?

嵇志浩


DC To DC 升壓電路是電子工程師常用電路

DC轉DC升壓電路有電容式升壓和電感式升壓兩種;電感式升壓電路中,電感作為能量補充器,促使後端電路電壓升高,如果去除功率電感是沒辦法實現升壓的。電容式的DC轉DC升壓電路並不需要加入電感。

電感式升壓電路分析

當開關SW1閉合時,由於對地短路,通過電感L1的電流會急劇增加,電感會把電場轉為磁場。

當通過電感的電流急劇增加後,斷開開關SW1,電感的磁場此時也會轉換為電場,大電流通過肖特基二極管D1流到後端電路,後端電路的電容儲存前面過來的大電流,多次快速開關後,就可以實現電壓升高了。

根據電感式升壓的原理,我們可以設計出專門用於DC轉DC 的電感式升壓芯片。輸出的電壓信號反饋給PWM控制器,PWM控制器根據輸出電壓自動調節MOS管的開關速度和佔空比,以實現穩壓的電壓輸出。

所以電感式DC To DC轉換芯片必須加入功率電感。

比較常見的電感式DC To DC轉換芯片有LM2577/LM2587,使用非常簡單,輸出電流可以達到1A以上,通過調整電阻R1/R2的比例就可以得到需要的輸出電壓。Vout=1.23(1+R1/R2)。

電容式升壓電路分析

電容式升壓電路通過電容充電泵的方式實現

當開關SW1和SW2閉合後,對輸出電容(C_OUT)進行充電

斷開SW1和SW4,閉合SW2和SW3,對充電泵電容(C_CHARGE)進行充電

斷開SW2和SW3,閉合SW1和SW4,由於輸入電源的正極連接到了電泵電容(C_CHARGE)的下端,把上方電壓抬高,從而使輸出電容(C_OUT)電壓升高

所以電感式DC To DC轉換器並不需要功率電感的參與。根據電容式升壓的原理,我們同樣可以設計出專門用於DC轉DC 的電容式升壓芯片。

電容式升壓的方式得到的輸出電流一般會比電感式升壓的小。

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電感的作用就是、能減少電流的衝力、在、開電器開關的瞬間。電流就有一種、強大的衝勁、電感就是能減小電流衝勁的、能起到了、對元器件、保護的作用、電器在開、開關的時候、電流的衝勁就是最大的、用電感、濾波、是為了、減小電流的衝撞力、因為、在電流剛進入的時候、它的衝撞力、是能、容易沖壞了、電路里面、元器件的、電感、就能起到了、保護作用了


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DC/DC變換時,都需要用到一顆電感,電感的功率取決於輸出電流的大小,這顆電感是必須要的。BOOST升壓電路和BUCK降壓電路都會用到電感,DC/DC集成IC,多數都是通過PWM控制MOS管的頻繁通斷來實現的,在MOS管導通時電感儲能,在MOS管斷開時電感所儲存的能量為負載供電。所以在DC/DC電路中電感必不可少。下圖是典型的DC/DC電路,芯片為LM2596,就用到了功率電感。

這類電路一般由集成電路IC、濾波電容、功率電感、續流二極管等構成,用法比較固定,電感的選取必須要考慮輸出電流的大小。下面以BUCK降壓電路來解釋電感的作用。

MOS管導通時,電感所起到的作用

在MOS管的門極有一個PWM信號,該信號控制MOS管的導通和斷開,頻率一般在幾百K上下。假設PWM信號高電平時MOS管導通,電源通過電感L對電容C進行充電,由於電感的特性導致電感產生自感電動勢電位左正右負,這時二極管處於截止狀態,同時電感儲能,這時電流由電源正流經電感、負載RL,返回電源負。所形成的電流回路如下圖中的紅色箭頭所示。

MOS管導通時,電感所起到的作用

假設PWM信號在低電平時MOS管截止,此時由電源正流過電感的電流減小到零,由於電感的特性,電感會產生自感電動勢來阻礙電流的減小,所以電動勢的方向為右正左負,導致二極管PN結正偏導通,此時儲存在電感中的電動勢經過負載RL、電源負和續流二極管構成迴路。所形成的電流回路如下圖中的紅色箭頭所示。

DC/DC類電路還有升壓BOOST電路,該電路與BUCK電路類似,但是MOS管所處的位置不一樣。MOS管導通時,電流方向如下圖黃色箭頭所示;MOS管截止時,電流方向如下圖紅色箭頭所示。不管是升壓電路還是降壓電路,電感都必不可少。

DC/DC電路中電感的總結

電感是儲能元器件,在DC/DC電路中電感起到儲能作用,在二極管的配合下構成迴路,在MOS管截止時為負載供電,由於是PWM調製的結果,所以DC/DC類電源具有一定的紋波,PWM的頻率和電感的取值都會對紋波造成影響。所以,電感必不可少。

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