DC-DC工作原理，看完你就懂了

上篇文章说了LDO的原理，那本篇就来说一下DCDC的工作原理吧。

开关电源：是一种高频化电能转换装置，其主要利用电力电子开关器件(如晶体管、MOS管、可控晶闸管等)，通过控制电路，使电子开关器件周期性地'接通'和'关断'，让电力电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换以及输出电压可调和自动稳压的功能。

开关电源的优势：①功耗低，效率高。②体积小，重量轻。③稳压范围宽。

开关电源的损耗来源：①开关管损耗。②电感电容损耗。③二级管损耗。

开关电源的损耗分析：开关电源的效率可以达到90%以上，如果精心优化与设计，甚至可以达到95%以上，这在以电池作为电力来源的场合非常重要，例如手机、小型无人机等。因此开关电源设计的优劣程度将直接影响设备的续航能力。

二、开关电源的分类：

按照调制方式的不同可分为脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)两种，目前脉宽调制(PWM)在开关电源中占据主导地位。

按照管子的连接方式可分为串联式开关电源、并联式开关电源和变压器式开关电源三大类。

按照输出电压的不同可分为降压式开关电源和升压式开关电源两种。

按照输入输出类型可分为：AC-AC、DC-AC、AC-DC、DC-DC四种，这里以DC-DC为主进行介绍。

按照是否有电气隔离可分为隔离型开关电源和非隔离型开关电源两种。

三、开关电源的三种基本拓扑结构(以非隔离型为主)：

DC/DC变换器一般都包括两种基本工作模式：电感电流连续模式(CCM)、电感电流断续模式(DCM)。

(1)Buck降压式：

对于CCM工作模式：

当Q1导通时，续流二极管截止，忽略NMOS管的导通压降，电感电流呈线性上升，此时电感的正向伏秒为：(Vin - Vo)×Ton

当Q1截止时，电感电流不能突变，经过续流二极管(忽略二极管的导通压降)形成回路，给输出负载供电。此时电感电流下降，电感的反向伏秒为：Vo×(T - Ton)

根据电感电压伏秒平衡定律可得：(Vin - Vo)×Ton = Vo×(T - Ton) ，即：Vo = Vin×( Ton / T ) = Vin×D (D 为占空比)。

对于DCM工作模式：

当Q1导通时，续流二极管截止，忽略NMOS管的导通压降，电感电流呈线性上升，此时电感的正向伏秒为：(Vin - Vo)×Ton

当Q1截止时，且满足 Td 时间内，电感电流不能突变，经过续流二极管(忽略二极管的导通压降)形成回路，给输出负载供电。此时电感电流下降到零，电感的反向伏秒为：Vo×Td

当Q1截止时，且满足Tc 时间内，此时电感电压和电流均为零。

根据电感电压伏秒平衡定律可得：(Vin - Vo)×Ton = Vo×Td ，即：Vo = Vin×( Ton / (Ton + Td) )。

(2)Boost升压式：

对于CCM工作模式：

当Q1导通时，忽略NMOS管的导通压降，电感的电流线性增加；在此过程中，由于整流二级管D1的反偏截止，因此负载由电容C1提供能量，维持负载工作。因此电感的正向伏秒为：Vin×Ton

当Q1截止时，由于电感的反电动势作用，电感的电流不能瞬时突变，电感通过D1,C1,RL回路给电容充电并维持负载工作。这里忽略二极管的导通压降，因此电感的反向伏秒为：(Vo - Vin)×(T - Ton)

根据电感电压伏秒平衡定律可得：Vin×Ton = (Vo - Vin)×(T - Ton) ，即：Vo = Vin×( T / (T - Ton) ) = Vin / (1 - D)。

对于DCM工作模式：

当Q1导通时，忽略NMOS管的导通压降，电感的电流线性增加；在此过程中，由于整流二极管D1的反偏截止，因此负载由电容C1提供能量，维持负载工作。因此电感的正向伏秒为：Vin×Ton

当Q1截止时，由于电感的反电动势作用，电感的电流不能瞬时突变，电感通过D1,C1,RL回路给电容充电并维持负载工作。这里忽略二极管的导通压降，因此且满足 Td 时间内，电感的反向伏秒为：(Vo - Vin)×Td

当Q1截止时，且满足Tc 时间内，此时电感电压为零。

根据电感电压伏秒平衡定律可得：Vin×Ton = (Vo - Vin)×Td ，即：Vo = Vin×( (Ton + Td) / Td )。

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