BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理

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下文为个人总结三种常见的开关电源,如有疑问欢迎评论区讨论

BUCK

当开关管Q1驱动为高电平时,开关管导通,储能电感L1被充磁,流经电感的电流线性增加,同时给电容C1充电,给负载R1提供能量
BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理当开关管Q1驱动为低电平时,开关管关断,储能电感L1通过续流二极管放电,电感电流线性减少,输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持
BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理

BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理
14 23两组开关构成上图的双相Buck电路;一充一放,减小纹波,此时电感工作在CCM模式下

实例应用

知道了上述基础知识,下面用一例BUCK电路的选型来活学活用:
设某一电路的输入电压为15-10V,输出电压为5V,最大负载电流为5A。如果开关频率是200KHZ,那么推荐的电感值是多少呢
第一步:对于BUCK电路,需要从VIN的max(20V)开始设计;
D=V0/VIN=5/20=25% ;T=1/f=1/200KHZ=5us;Toff=T(1-D)=50.75=3.75us
第二步:伏秒积(按照关断时间算)=VO
Toff=53.75=18.75us
当r=0.4(纹波率最优),Et=18.75us,则:LI=45uH.A
IL=IO=5A;L=LI/I1=45/5=9uH
第三步:电感额定值需大于等于(1+r/2)IL=1.2
5=6A
所以需要一个9uH/6A的电感

BOOST

BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理

充电过程:
BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理

在充电时候,开关管导通,可理解为MOS管这里相当于一根导线直接将漏极和源极连起来,这时候输入电压流过电感L1、Q1、电容C1,随着不断充电,电感上的电流线性增加,到达一定时候电感储存了一定能量;
放电过程
BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理

当开关管不导通时候,此时Q1相当于断开,由于电感有反向电动势作用,电感的电流不能瞬时突变,而是会缓慢的逐渐放电。由于原来的电回路已经断开,电感只能通过D1、负载、C1回路放电,也就是说电感开始给电容C1充电,因此电容两端电压升高。

Charge Pump

利用电容两端电压差不会跳变的特性,当电路保持充、放电状态时,电容两端的电压差将保持恒定。在这种情况下将原来的高电位端接地,就可得到负电压的输出。
BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理

如上图,当S1A、S1B导通时电容充电(电容左侧为Vdd,右侧接地为0);当S2B、S2A导通时电容放电(电容左侧接地为0,右侧在保持压差不突变的特性下电压为-Vdd)
BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理
上图为输出2VIN的电荷泵电路:充电时S3与S2导通,电容充电(电容上为VIN,下接地为0);当放电时S1与S4导通,电容放电(电容下接VIN,上在保持压差不突变的特性下电压为2VIN)
BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理

以南芯的8551为例,SC8551中的charge pump Q1 3、6 8和5 7、2 4分别为两条通路,其中VOUT=0.5VIN。在CC和降压/CV过程启用电荷泵,预充电和结束充电将切换到主充电器。当与标准充电器一起使用时,该系统可以以最低的速度实现最快的充电,减少了从预充电到 CC、CV 和终止的功率损耗。输入电压为电池电压的2倍(VBAT:3.5V 至 4.5V);输出电流是输入电流的2倍(IBAT:高达 4A),输入功率与输出功率近似相等(充电效率能达到95%以上)。CC脚连接电源适配器与PD芯片进行握手,若匹配则进行快充(适配器输出9V、12V等),若不匹配则进行普通5V充电(不经过8551,改为PMU或主充进行充电)
BUCK BOOST以及Charge Pump电路原理
上图可分为两个阶段分析:(1)刚开始时两电容串联分压得到0.5Vin;(2)在1阶段电容有电的前提下CF1充电到Vout,CF2放电到Vout;完成后通道2开启,CF1放电到Vout,CF2充电到V0ut(形成双相结构,这样的双相架构降低了输入电容要求并降低了输出电压纹波)。
Vout需小于0.5Vin,Iout为Iin(cf1)+ Iin(cf2)=2Iin文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-409655.html

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