前言
我个人认为电源设计是电路设计中的核心所在,只有先做好合格的电源,后面的工作才能继续,有了电源,剩下的模块其实就可以参考厂家给出的典型电路去做一些计算,选择合适的外围电路就行了,这样一想似乎电路设计并不难了,因为在今天很多具有功能性质的电路都做成IC芯片了,就像程序里调用算法库一样,调用IC芯片就能简化我们的设计,使得电路设计简单化,主要精力放在电源部分就行了。
Buck降压和Boost升压,这是开关电源的基础拓扑结构,之前的我看不懂DCDC电路,就是因为我没有学过这个,等我了解完开关电源的拓扑结构,不禁感叹电路设计的巧妙,回过头再看会发现其实DCDC电源用的都是一样的结构,万变不离其宗。
推荐各位直接看TI的手册,可以说仔细看了就会怎么设计:TPS543x 3A、宽输入范围降压转换器 datasheet (Rev. K)
Buck降压
Buck降压原理
以Buck降压为例,都是开关管闭合电感充电同时给负载供电,当开关管断开的时候,电感L形成反向电压,促使二极管导通,导通后形成回路,使得电感可以放电给负载,电容在这里起到缓冲作用,避免开关管开关的瞬间负载失去电压。

反馈电阻计算与电路说明
上述原理图只是拓扑结构,不能真正描述清楚DCDC具体工作过程,就以下面的DCDC电路为例具体讲述:
首先输入端两个电容C3、C4是滤波电容,分别过滤高频与低频信号,这是因为电容频率越高容抗越低的特性,10uf遇到低频信号容抗高,像电阻吸收电流一样吸收低频信号,100nf遇到高频信号容抗低,形成一个近似直接接地的电路,将高频信号引到低,除此之外也起到一些稳压的作用。
其次IC芯片是根据右侧两个反馈电阻网络R1、R2利用公式设置的阻值
按手册规则所讲,我们想输出5V电阻的计算就是:
R2 = R1x1.221 / Vout-1.221
R2 = R1x1.221 / 3.779
代入从 R1=10kΩ R2=3.24kΩ
R2 = 12210 / 3.779 = 3231.01Ω
约等于 3.24KΩ

反馈网络将输出的电压按比例缩小再转换,输入到PH引脚,内部再利用比较器与基准电压去进行比较。如果电压大了就会调低PWM波形的占空比,电压小了会调高PWM波形占空比,开关管的控制端就是由这个占空比控制,由此调整输出电压的高低,这里还涉及到了自动控制原理的反馈系统。
当IC内部找好合适的占空比,在开关管闭合时电感正常充电且输出5V,电压要超过5V,开关管断开,此时电感反向电压促使二极管导通电感与二极管形成自由轮回路,电感向输出端放电输出电压,等待反馈电阻告诉IC电感电压不足5V,开关管再次闭合充电供电,往复循环,这就是开关电源Buck降压的巧妙思想。



Boost升压:
Boost升压原理
假设之前开关过一次,电容充满电,开关管闭合时,电流走向左边回路,右边断开,电源给电感充电,电容给负载放电保持电压,其他什么也不做。
二极管正向导通,给负载供电,当开关管闭合,等到电压开始不足,开关管再断开,此时相当于电源与电感两个电压源在同时给负载供电,完成了升压的过程。
小米汽车有Boost暴力模式,我猜应该也是提高电压这种。

反馈电阻计算与电路说明
下面举具体电路例子进行说明:
输出电压计算公式:

如下图所示,假设此时电容有电在给输出放电维持电压,开关管闭合电感通过SW走IC的内部形成回路,给电感充电,等待电容放电完成,反馈得知电压值要低于12v,开关管再次断开,此时5V与电感存储的电能一起向输出供电,随着电感的放电电压降低,IC其内部PWM会控制开关管再次闭合充电,电容放电维持电压,循环往复,就实现了升压电路。
