芯耀
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1、三大非隔離拓撲簡介
1.1 拓撲結(jié)構(gòu)
BUCK 拓撲是一種直流 - 直流（DC-DC）降壓轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓低于輸入電壓。它由開關(guān)管（如 MOSFET）、二極管、電感和輸出電容組成。工作時，開關(guān)管周期性導(dǎo)通和關(guān)斷，電能通過電感存儲和釋放，二極管在開關(guān)關(guān)斷時提供續(xù)流路徑。通過控制占空比（開關(guān)導(dǎo)通時間與周期之比），可精確調(diào)節(jié)輸出電壓。
BOOST拓撲是一種升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電壓高于輸入電壓。輸出電壓由占空比決定，占空比越大，輸出電壓越高。
BUCK-BOOST 拓撲兼具降壓和升壓功能，輸出電壓可高于或低于輸入電壓，極性與輸入相反。通過調(diào)節(jié)占空比，可實現(xiàn)降壓或升壓轉(zhuǎn)換。
圖1 三大非隔離拓撲的結(jié)構(gòu)(from ADI)
1.2 增益和占空比的關(guān)系
對于BUCK拓撲，輸出電壓＜輸入電壓，通過占空比 D 調(diào)節(jié)輸出，增益 M (D)=D。
對于BOOST拓撲，輸出電壓＞輸入電壓，增益 M (D)=1/(1-D)，占空比越大升壓越高。
對于BUCK-BOOST拓撲，輸出電壓可高于或低于輸入電壓，且極性反向，增益 M (D)=-D/(1-D)。
圖2 三大非隔離拓撲的占空比和增益(from?Erickson)
2、電感電流與輸入電壓的關(guān)系
2.1 平均電感電流與占空比的關(guān)系
BUCK拓撲：平均電感電流 IL_AVE = 輸出電流 IOUT，與輸入電壓無關(guān)，僅由負載決定。
BOOST / BUCK-BOOST拓撲：平均電感電流IL_AVE 與占空比 D 強相關(guān)，如 Boost 中 D=(VOUT-VIN)/VOUT，輸入電壓變化會直接改變 D，進而影響電感平均電流。
2.2 紋波電流
BUCK和BUCK-BOOST拓撲：輸入電壓升高時，電感紋波電流增大。
BOOST拓撲：在中間電壓時，電感紋波電流最大；參考圖3。
2.3 啟動峰值電流，電容充電的浪涌挑戰(zhàn)
參考電容公式(6)，啟動時，輸出電容初始電壓為 0，對應(yīng)浪涌電流是Cout*Vout/tss（tss 為啟動時間）。
BUCK拓撲在最大輸入電壓下啟動峰值電流最大，而 BOOST / BUCK-BOOST拓撲在最小輸入電壓下峰值電流更危險。
2.4 電感電流與輸入電壓的綜合關(guān)系分析
表3所示，是不考慮輸出電容初始電荷量的情況下，三個拓撲對應(yīng)的電感電流表達式與輸入電壓等參數(shù)的關(guān)系。
圖3所示，是在其他參數(shù)不變的情況下，電感電流與輸入電壓的變化關(guān)系。
圖3 電感電流與輸入電壓的關(guān)系(from ADI)
對于降壓拓撲：輸入電壓↑→交流分量↑，但直流分量（=IOUT）不變→最大輸入電壓時電感峰值電流最大。因此，在最大輸入電壓下，電感電流峰值最大。
要點：降壓拓撲的輸出電容選型，必須在最大輸入電壓下完成。
對于升壓型和升降壓型拓撲：輸入電壓↑→占空比 D↓→直流分量↓，雖交流分量↑，但直流分量主導(dǎo)→最小輸入電壓時電感峰值電流最大。
要點：升壓型和升降壓型拓撲的輸出電容選型，應(yīng)使用最小輸入電壓進行設(shè)計。
3、小結(jié)
請立即檢查你的設(shè)計：降壓電路的參數(shù)設(shè)計從最大輸入電壓開始，而升壓 / 升降壓電路從最小輸入電壓開始。
看懂規(guī)律，才能讓每一個元件都站對正確的參數(shù)位置。
