DC-DC开关电源升/降压原理分析

BUCK型电路只能降压，BOOST型电路可降压也可升压，这究竟是为什么呢？

1、BUCK型

BUCK型DC-DC电路拓扑如图1所示：

图1 BUCK型基本拓扑简化工作原理图

MOS管——让输入电源Vin电流有控制的流向输出Vout；

电容C——储能作用，保证负载有连续的能量供给；

电感L——抑制由电容充放电带来的冲击电流；

二极管——开关闭合时为电感电流提供回路。

（1）当PWM驱动MOS管导通时，忽略MOS管的导通压降，此时电感两端电压保持不变为：

根据电感的基本方程：

电感电流将呈线性上升。

（2）当PWM驱动MOS管截至时，电感电流经过续流二极管D形成回路(忽略二极管压降)且电感电流不发生突变，电感两端电压也保持不变为Vout，方向相反，电感电流呈线性下降:

同样根据电感基本特性方程：

（3）由上一篇文章《DC-DC电路伏秒平衡原理》（详细可自行翻阅前文），根据电感电压伏秒平衡定律可得：

这里假设已知DC-DC控制器输出PWM驱动信号占空比为D，则：

综合以上公式，BUCK型拓扑电路电压输出：

由于占空比D＜1，则BUCK型DC-DC电路只能降压。

2、BOOST型

BOOST型DC-DC电路拓扑如图2所示：

图2 BOOST型基本拓扑简化工作原理图

MOS管——让输入电源Vin电流有控制的流向输出Vout；

电容C——储能作用，保证负载有连续的能量供给；

电感L——抑制由电容充放电带来的冲击电流；

二极管——开关闭合时为电感电流提供回路。

（1）当PWM驱动MOS管导通时，忽略MOS管的导通压降，此时电感两端电压保持不变为：

根据电感的基本方程：

电感电流将呈线性上升。

（2）当PWM驱动MOS管截至时，电感电流经过续流二极管D形成回路(忽略二极管压降)，电感两端电压如下式，电感电流呈线性下降:

同样根据电感基本特性方程：

（3）同样由上一篇文章《DC-DC电路伏秒平衡原理》，根据电感电压伏秒平衡定律可得：

同样这里假设已知DC-DC控制器输出PWM驱动信号占空比为D，则：

综合以上公式，BOOST型拓扑电路电压输出：

当占空比D＞0.5时，Vout＞Vin，此时BOOST电路表现为升压；

当占空比D＜0.5时，Vout＜Vin，此时BOOST电路表现为降压；

3、总结

（1）BUCK型电路输入输出关系：

Vout=Vin*D，D＜1，为降压电路

（2）BOOST型电路输入输出关系：

Vout=Vin*D/(1-D)，D＜0.5时，为降压电路；

D＞0.5时，为升压电路。