03.07 DC转DC输出为什么一定要加功率电感?不加会有什么问题?

嵇志浩


DC To DC 升压电路是电子工程师常用电路

DC转DC升压电路有电容式升压和电感式升压两种;电感式升压电路中,电感作为能量补充器,促使后端电路电压升高,如果去除功率电感是没办法实现升压的。电容式的DC转DC升压电路并不需要加入电感。

电感式升压电路分析

当开关SW1闭合时,由于对地短路,通过电感L1的电流会急剧增加,电感会把电场转为磁场。

当通过电感的电流急剧增加后,断开开关SW1,电感的磁场此时也会转换为电场,大电流通过肖特基二极管D1流到后端电路,后端电路的电容储存前面过来的大电流,多次快速开关后,就可以实现电压升高了。

根据电感式升压的原理,我们可以设计出专门用于DC转DC 的电感式升压芯片。输出的电压信号反馈给PWM控制器,PWM控制器根据输出电压自动调节MOS管的开关速度和占空比,以实现稳压的电压输出。

所以电感式DC To DC转换芯片必须加入功率电感。

比较常见的电感式DC To DC转换芯片有LM2577/LM2587,使用非常简单,输出电流可以达到1A以上,通过调整电阻R1/R2的比例就可以得到需要的输出电压。Vout=1.23(1+R1/R2)。

电容式升压电路分析

电容式升压电路通过电容充电泵的方式实现

当开关SW1和SW2闭合后,对输出电容(C_OUT)进行充电

断开SW1和SW4,闭合SW2和SW3,对充电泵电容(C_CHARGE)进行充电

断开SW2和SW3,闭合SW1和SW4,由于输入电源的正极连接到了电泵电容(C_CHARGE)的下端,把上方电压抬高,从而使输出电容(C_OUT)电压升高

所以电感式DC To DC转换器并不需要功率电感的参与。根据电容式升压的原理,我们同样可以设计出专门用于DC转DC 的电容式升压芯片。

电容式升压的方式得到的输出电流一般会比电感式升压的小。

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电感的作用就是、能减少电流的冲力、在、开电器开关的瞬间。电流就有一种、强大的冲劲、电感就是能减小电流冲劲的、能起到了、对元器件、保护的作用、电器在开、开关的时候、电流的冲劲就是最大的、用电感、滤波、是为了、减小电流的冲撞力、因为、在电流刚进入的时候、它的冲撞力、是能、容易冲坏了、电路里面、元器件的、电感、就能起到了、保护作用了


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DC/DC变换时,都需要用到一颗电感,电感的功率取决于输出电流的大小,这颗电感是必须要的。BOOST升压电路和BUCK降压电路都会用到电感,DC/DC集成IC,多数都是通过PWM控制MOS管的频繁通断来实现的,在MOS管导通时电感储能,在MOS管断开时电感所储存的能量为负载供电。所以在DC/DC电路中电感必不可少。下图是典型的DC/DC电路,芯片为LM2596,就用到了功率电感。

这类电路一般由集成电路IC、滤波电容、功率电感、续流二极管等构成,用法比较固定,电感的选取必须要考虑输出电流的大小。下面以BUCK降压电路来解释电感的作用。

MOS管导通时,电感所起到的作用

在MOS管的门极有一个PWM信号,该信号控制MOS管的导通和断开,频率一般在几百K上下。假设PWM信号高电平时MOS管导通,电源通过电感L对电容C进行充电,由于电感的特性导致电感产生自感电动势电位左正右负,这时二极管处于截止状态,同时电感储能,这时电流由电源正流经电感、负载RL,返回电源负。所形成的电流回路如下图中的红色箭头所示。

MOS管导通时,电感所起到的作用

假设PWM信号在低电平时MOS管截止,此时由电源正流过电感的电流减小到零,由于电感的特性,电感会产生自感电动势来阻碍电流的减小,所以电动势的方向为右正左负,导致二极管PN结正偏导通,此时储存在电感中的电动势经过负载RL、电源负和续流二极管构成回路。所形成的电流回路如下图中的红色箭头所示。

DC/DC类电路还有升压BOOST电路,该电路与BUCK电路类似,但是MOS管所处的位置不一样。MOS管导通时,电流方向如下图黄色箭头所示;MOS管截止时,电流方向如下图红色箭头所示。不管是升压电路还是降压电路,电感都必不可少。

DC/DC电路中电感的总结

电感是储能元器件,在DC/DC电路中电感起到储能作用,在二极管的配合下构成回路,在MOS管截止时为负载供电,由于是PWM调制的结果,所以DC/DC类电源具有一定的纹波,PWM的频率和电感的取值都会对纹波造成影响。所以,电感必不可少。

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