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18.PCB设计---电源知识

2022-06-21 10:19
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#凡亿7月星企划#

电源就是提供能量的装置,在我们的PCB板上,可能就是VRM,也就是电压调节模块。因为我们的芯片工作需要电源,但是不同的芯片和负载需要不同的电压和电流,所以需要不同的电源模块。同样的电源也分为直流电源DC和交流电源AC,DC直流电只有一个方向,就是电流只能从正极流向负极,大小是稳定的,AC大小方向是不断在变化的,用频率可以表示交流电方向改变的快慢,用相位可以表示交流电起始时间。
因为的不同的产品,用电源的类型不同,所以一些电源模块也是不同的,根据不同的情况要进行不同的分析。
今天主要整理一下DC-DC的一些电路相关知识,因为这些是本人一直接触的。主要有BUCK、BOOST、LDO和BUCK-BOOST,最后的BUCK-BOOST降压-升压电路相对接触的比较少。

1.BUCK电路

BUCK电路也称为降压电路,是一种输出电压小于输入电压的电压变换器。下图是简单的BUCK转换电路:
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Q为开关管,D为续流二极管,L为储能电感、C输出滤波电容以及R为负载电阻。BUCK变换器的工作原理如下:
开关管的导通与关断受控制电路的驱动脉冲控制。当开关管Q闭合,如下图:续流二极管D的阴极电压为电源电压,阳极电压为0,续流二极管D反向截止。此时电流流过储能电感L向负载R供电,并且储能电感L中的电流逐渐升高,将电能转化为磁能存储起来。
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经过一定时间之后,当开关管打开,如下图:此时储能电感L中的自感电动势阻碍电流下降,从而使续流二极管D导通,于是储能电感L的电流流经负载电阻R和续流二极管D构成回路。储能电感L中磁能转化为电能供给负载R。
重复上述的过程就是BUCK电路的工作原理,其中的C输出滤波电容是为降低输出电压的波动。

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2.BOOST电路

BOOST电路也称为升压电路,是一种输出电压大于输入电压的电压变换器。下图是简单的BOOST转换电路:
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Q为开关管,D为续流二极管,L为储能电感、C输出滤波电容以及R为负载电阻。BOOST变换器的工作原理如下:
同样开关管的导通与关断受控制电路的驱动脉冲控制。当开关管Q闭合,如下图:续流二极管D的阴极电压高于阳极电压,续流二极管D反向截止,防止电容C对地放电。此时电流流过储能电感L,并且储能电感L中的电流逐渐升高,将电能转化为磁能存储起来。电容C给负载R供电,所以构成了图中的两个回路。
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经过一定时间之后,当开关管打开,如下图:此时储能电感L中的自感电动势阻碍电流下降,从而使续流二极管D导通,于是储能电感L的电流流经续流二极管D供给负载R和电容C。
重复上述的过程就是BOOST电路的工作原理,其中的电容C可以起到储能充电的作用和滤波的作用。

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3.BUCK-BOOST电路

BUCK-BOOST电路也称为降压升压电路,是一种输出电压即可以小于输入电压也可以大于输入电压的电压变换器。BUCK-BOOST电路可以看成是BUCK和BOOST的电路串联而成,合并了开关管,下图是简单的BOOST转换电路:
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接通后,电流从流经开关管Q再过储能电感L到地(实际上就是储能电感L的充电过程),由于二极管右边的输出是负压,左边是正压,续流二极管反向截止。此时的负载R由电容C供电,如下图:
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断开后,储能电感L经过续流二极管D,给滤波电容C和负载R供电,如下图:
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4.LDO电路

LDO即low dropout regulator,是一种低压差线性稳压器,使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管(FET),从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。它的成本低,噪音低,静态电流小,它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。LDO低压差线性稳压器的结构主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。基本工作原理是这样的:系统加电,如果使能脚处于高电平时,电路开始启动,恒流源电路给整个电路提供偏置,基准源电压快速建立,输出随着输入不断上升,当输出即将达到规定值时,由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压值,此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大,再经调整管放大到输出,从而形成负反馈,保证了输出电压稳定在规定值上,同理如果输入电压变化或输出电流变化,这个闭环回路将使输出电压保持不变,即:Vout=(R1+R2)/R2 ×Vref。

#凡亿7月星企划# 以上是四种DC-DC电路的简单整理总结。


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