在平日的電路應用中會用到很多的開關電源電路及芯片。開關電源有3種模式分別為boost,buck及buck-boost模式。下面主要分析其中一種boost模式即升壓模式的開關電源。
這里主要是分析原理,使用的大部分是升壓型開關電源的電路模型,其中關于波形測量的硬件使用的是AS2015升壓型開關電源。
1.boost模式的電路模型:
3.開關電源switch端為短路時的工作狀態,即充電回路:
這里講的是開關電源穩定工作過程的,在剛上電到穩定輸出一定是有一個過程的,這個過程暫時不討論。
在充電回路中,由于開關接到地上,所以電流方向如圖3,此時電源對電感充電,而電容里積攢了儲存的電荷,對負載進行放電,維持負載的能源消耗。在放電回路中,開關斷開,電感的產生的感應電壓行成一個新的電壓源,與原來的電源串聯在一起,形成一個大于供電電壓的電源一方面對負載放電維持負載的能源消耗,一方面對電容進行充電,直到把電容充滿電容內部則不會再有電流的變化。
5.boost模式下電感的工作狀態:
在開關端閉合的時候,電源對電感勻速充電即流過電感的電流勻速上升,則電感的感生電壓也維持在一個固定值(即電流上升的斜率),公式如下圖,其感生電壓方向為圖3所示左正右負,在開關斷開的時候,電感對負載和電容進行勻速的放電,即電流勻速的下降,其電壓也維持在一個固定的值(即電流下降的斜率),但是電壓方向會改變,如圖2所示為左負右正。
6.boost模式下二極管的工作狀態:
如圖4所示,在電感的充電回路中,加入沒有二極管,開關這一路的阻抗遠小于負載端的阻抗,所有的電流都會從開關端直接流向大地。有了這個二極管,就防止了圖中綠色箭頭指示的電流形成,保證所有的能力輸出全部到負載中去。
作用一,電容在電感充電的時候,它為負載提供電勢;作用二,在開關開關的瞬間,電感會產生很大的反向電動勢,這里電容可以吸收這些反向的電動勢,保證輸出電壓的平穩。
8.正常的升壓型開關電源輸出的波形:
圖5是正常的boost模式開關電源的輸出波形,可以看到在上升沿和下降沿都會有一定的振鈴,這個振鈴的形成有可能有兩方面的原因,一個是因為開關電源的開關器件mos管導通和閉合是需要時間的;另外一個就是電路中的阻抗不匹配,造成了信號的反射。
圖5
9.在實際應用過程中,有很多錯誤的電路:
電路一:在充電回路中加入電阻;
充電回路中加入電阻,在不改變其他元件值的情況下,其輸出電壓一定會受到影響,因為在充電回路中加入電阻,則假設電感充滿電后的電流就會比原來不加電阻的要小,
電路二:二極管左端加入電阻