开关电源基本电路讲解

01BUCK开关稳压电源原理介绍

上图为BUCK开关电源的基本电路，电路中VT为开关管，工作于开关状态（VT饱和导通时相当于一只接通的开关，VT截止时相当于一只断开的开关）。电感L和电容C为储能元件。RL为电源的负载。D为续流二极管，它在开关管截止时导通，保证电感L中的电流不中断。

开关管导通时，VIN电源通过开关管VT，电感L和负载RL形成电流回路，同时向电容器C充电，在电感L和电容C中同时储能。

开关管截止时，由于电感线圈中电流的突然中断，将在电感L两端产生左负右正的自感电动势，该自感电动势使续流二极管D导通，形成电流回路。

同时，电容C也通过RL放电。虽然开关管截止了，但是负载电流并没有中断。通过控制开关管导通截止时间的比例就可以控制输出电压的大小。

用PWM控制开关管时输出电压Uo=D*Ui其中D为PWM占空比。

02开关管驱动电路介绍

上图我们仅仅由一个理想的开关代替了晶体管，但是实际上晶体管的导通是需要一定的条件的，以增强型NMOS为例（PMOS成本高导通电阻大，一般采用NMOS，NPN三极管原理与增强型几乎一样，但导通压降大），NMOS导通的条件是VGS(栅源极电压)>导通电压（用NPN三极管更容易理解Vbe>0.7V即导通）。

图中MOS管源极接到电感左方，漏极接输入电压，栅极一般接12V的PWM。如果MOS管导通源极电压VS会上升至输入电压，此时VG为12V，VS可能大于VG，会导致MOS不能导通，于是我们需要一个电路保证MOS管正常导通，常用的即自举电路。

自举电路核心思想为利用电容两端电压不能突变，在栅源之间接一个自举电容，当V1输入高电平时，Q1、Q4导通，Q2截止，Q3导通，源极输出高电平48V，由于C2两端电压14V，所以Q3的导通使电容抬升了VDD的电压，即电容C2的正极电压位62V左右，经过三极管Q4、二极管D1到达Q3的栅极，电容C2起到了自举抬升电压的作用，使Q3持续导通。

当V1输入低电平时，Q1、Q4截止，Q2导通，Q2的导通为Q3的栅极提供放电电路（栅极电压通过Q2、电阻R1放电），使得电容C2的负极电压接近0V，即栅极电压VG=0V。

当然，这个电路稍稍有些复杂，相信大多数人不会自己去搭建，感谢我们的芯片制作商，为我们开发了许多MOS的驱动芯片，以常用的IR2104为例，只需要接入一个二极管和一个电容，在IN脚输入PWM，即可正常驱动MOS管。

那么，问题来了，为什么这个电路有两个MOS管呢？为了得到更高的效率，将基本的BUCK电路进行了改进，用导通电阻仅为毫欧级的MOS管替代了原图中导通压降约0.7V的二极管，组成了同步BUCK电路。LO和HO反相，上管导通时下管截止。

03BOOST升压电路

开关管饱和导通时，电感相当于直接接在电源两端，电感会充电，而电容两端电压不会瞬时变化，保持输出电压稳定。

二极管D反向截止，防止电容C反向充电，同时电容器C放电，与负载RL形成电流回路。此时，电感L会存储能量，电容C会释放能量。

开关管截止时，二极管D正向导通，由于开关管突然断开，电感L中的电流不会突然变化，会形成较大的电动势，给电容C充电，并提供负载电流。此时，电容C存储能量，电感L释放能量。Uo =Uin/D。

04BUCK-BOOST电路

开关管饱和导通时，电感相当于直接接在电源两端，电感会充电，而电容两端电压不会瞬时变化，保持输出电压稳定。

二极管D反向截止，防止电容C反向充电，同时电容器C放电，与负载RL形成电流回路。

此时，电感L会存储能量能，电容C会释放能量。负载电流由电容提供。

开关管截止时，二极管D正向导通，由于开关管突然断开，电感L中的电流不会突然变化，会形成较大的电动势，给电容C充电，并提供负载电流。

此时，电容C存储能量，电感L释放能量。负载电流由电感电流提供。Uo/Uin =D/(1-D)。

经过今天的学习，从此，我们就可以根据我们的需求获得各种各样的直流电压。下次我们来介绍DC-AC变换，即逆变电路的原理。