一文全面解释DCDC Buck型电路(降压)

一文全面解释DCDC Buck型电路(降压)

DCDC Buck电路是电子工程中常见的降压电路，其工作原理和设计要点对于理解电源管理电路至关重要。本文将详细介绍DCDC Buck电路的工作原理，包括同步和异步两种类型，并通过电路图和示意图帮助读者深入理解这一重要电路。

DCDC降压分为同步与异步，它们最明显的区别就是：同步性DCDC芯片不需要续流二极管；而异步性DCDC芯片需要配一颗肖特基二极管。

异步整流电路示意图

同步整流电路示意图

关于同步与异步性DCDC，在使用时，只需要注意异步DCDC需要添加一颗肖特基二极管就可以，具体是同步还是异步，可以参考DCDC规格书手册。

下面具体来解释DCDC Buck是如何工作的？

异步整流工作原理

L1: 蓄能电感；Q1: 开关管；D1: 续流二极管；C1: 输入电容；C2: 输出电容

当Q1导通时，输入电源、L1、Q1、负载形成回路，同时给蓄能电感L1和电容C2充电；当Q1断开时，L1、C2、D1继续和负载之间形成回路，D1只有当Q1断开时才导通，当电感与电容存储的能量快被负载消耗完时，再使Q1导通继续存储能量，给Q1栅极提供一个PWM信号，这样负载就能源源不断的得到能量，只需要控制PWM的占空比就能控制输出平均电压的高低，电感与电容的能量是由输入电源为其蓄能得到的，因此电感与电容的输出的能量不可能超过输入电源，所以输出电压低于输入电压。

由于MOS工作在开关状态，MOS管导通时由于导通电阻很低，所以能量损失极小，所以此种结构的稳压电路效率很高，可达85%以上。

同步整流工作原理

Q1: 开关管；Q2: 续流管；L1: 蓄能电感；C1: 输入电容；C2: 输出电容

与异步整流相同，唯一与之不同的是用MOS管Q2代替续流二极管，用一对反向的PWM分别控制Q1和Q2，当控制Q1的PWM波是高电平时，Q1导通，而此时控制Q2的PWM为低电平，Q2截止，输入电源、Q1、L1、负载形成回路，并且输入电源为蓄能电感充电；当PWM倒相时，Q1截止，Q2导通，L1、负载、Q2重新形成回路，输出电容和电感分别为负载提供电压和电流。

由于MOS管的导通电阻远远小于二极管压降，所以用MOS管代替续流二极管，可以提高工作效率。

DCDC电路中的电压关系

在DCDC电路中，输入电压与输出电压的关系，在不考虑MOS管或者二极管的压降时：

D: PWM波的占空比，占空比越大，MOS管导通时间越长，对电感充电蓄能的时间越长，输出电压就会越大。

假设，输入电压为36V，要求输出电压为5V，那么D=5/36=0.1389=13.89%，说明DCDC在MOS处的占空比为13.89%.

PCB布线要点

当使用异步整流电路时，二极管会作为电感放电时的一个回路，所以二极管、电感、负载的铜线要一样宽。

为什么在DCDC芯片电路中，一般都需要在BS与SW之间串联一颗电容？

看上图中的Q1管N-MOS，如果需要导通，那么G极要比S极电压要高，而S极则接入了负载，是有电压，所以要想MOS完全导通，则需要一个比S极更高的电压在G极上，那么在BS与SW之间加电容，相当于是用电荷泵给G极做升压以让GS导通。

什么是电荷泵电路？

D1、D2为肖特基二极管，XFG1为PWM方波发生器

工作原理：假设XFG1输出为5V的PWM方波。

当XFG1为低电平时，则输出为0V，5V电源给C1充电，所以C1两端电压为5-0.3=4.7V；当XFG1输出高电平时，由于电容两端电压不能突变，C1上面电压本来是4.7V，再加上高电平方波为5V，则电容两端电压为5+4.7=9.7V；再经过D2有大约0.3V的压降，则剩下9.7-0.3=9.4V，所以，输入为5V，输出有9.4V左右。则完成了一次升压。