2012年10月19日 星期五

Buck-Boost DC/DC電壓轉換器

        DC/DC Converter(直流電壓轉換),就是把固定的直流輸入電壓,透過【電壓轉換電路】之後,調整為更高或更低的直流輸出電壓。

常見的DC-DC(非隔離)電路:

(1)    Buck – 降壓型轉換器。
輸出電壓Vo低於輸入電壓Vi(極性相同)


上圖中,Q可當作開關使用,其驅動電壓一般為PWM(Pulse width modulation脈波寬度調變)信號。
信號周期為Ts,則信號頻率為f=1/Ts
導通時間為Ton、關閉時間為Toff,則一個完整的周期Ts=Ton+Toff
使用周期D(Duty)=Ton/Ts
降壓公式:Vo=Vi*D

(2)    Boost – 升壓型轉換器。
輸出電壓Vo高於輸入電壓Vi(極性相同)

  

                上圖中的MosFET也為PWM控制方式,但最大使用周期Duty不允許在D=1的狀態下工作。電感L在輸入端,稱為升壓電感。
Boost變壓器有分CCMDCM兩種工作方式。
升壓公式:Vo=Vi/(1-D)


(3)    Buck-Boost – 升降壓型轉換器。
輸出電壓Vo可高於或低於輸入電壓Vi(極性相反,電感傳輸))

 

          上圖中的MOSFET使用PWN控制方式。輸出電壓的極性與輸入電壓相反。Buck-Boost變壓器可看做是Buck變壓器與Boost變壓器串聯而成,合併了MOSFET
Buck-Boost變壓器有CCMDCM兩種工作方式。
升降壓公式:Vo=(-Vi)* D/(1-D)

各式DC\DC Converter比較表:

比較內容
Linear
LDO
Charge-pump
切換式 DC - DC
Buck
Boost
Buck-Boost
效率
-
輸出電流
散熱
最好
最好
最好
儲能元件
不用
不用
不用
需要
需要
需要
噪音
最小
成本
限制
不能升壓
不能升壓
不能升壓
不能降壓
電路設計
簡單


複雜
複雜
複雜
EMI


重量


小巧
小巧
小巧

Linear RegulatorsSwitching Regulators比較

 
        上圖左邊的電路架構,計算得效率為28%,有17.4w的熱能產生。
        上圖右邊的電路架構,計算得效率為90%,僅有0.7w的熱能產生。
由上面的比較圖可明顯看出架構不同所產生的差異。

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