寒假电子竞赛培训-开关电源变换电路驱动电路和检测电路资料

1、DC-DC直流变换电路开关管驱动电路直流电压电流检测电路开关电源变换电路主要元件开关电源变换电路主要元件1、主开关管场效应管、主开关管场效应管MOS、IGBT2、续流二极管高速快恢复二极管、续流二极管高速快恢复二极管3、高频电感用不容易磁饱和铁硅铝、高频电感用不容易磁饱和铁硅铝磁环，电感量设计在磁环，电感量设计在1mH左右，漆包线左右，漆包线线径选取合适，绕制要求高线径选取合适，绕制要求高4、电容高频高速低内阻低纹波电解、电容高频高速低内阻低纹波电解电容电容主开关管主开关管 MOS与与IGBT MOS：绝缘栅极场效应管：绝缘栅极场效应管 G栅极栅极 D漏极漏极 S源极源极主要应用在低压场合主要

2、应用在低压场合IGBT：绝缘栅双级型晶体管，实质是：绝缘栅双级型晶体管，实质是一个场效应晶体管一个场效应晶体管 G栅极栅极 C集电极集电极 E发射极发射极主开关管主开关管 MOS与与IGBT 比赛和训练时在低压进行，所以开关管主要比赛和训练时在低压进行，所以开关管主要选用选用MOS管，有两种：管，有两种：N-MOS和和P-MOS主要应用在高压场合主要应用在高压场合主开关管主开关管有两种：有两种：N-MOS和和P-MOS直流变换器直流变换器DC-DC电路结构电路结构 有有3 种电路结构：种电路结构： 降压型降压型Buck 升压型升压型Boost 升降压型升降压型Boost-Buck降压型降压型B

3、uck电路结构电路结构 当开关管导通时，当开关管导通时，开关管处相当一根导开关管处相当一根导线，二极管反偏截止，线，二极管反偏截止，输入电压流经电感，输入电压流经电感，向负载供电，电感电向负载供电，电感电流不断增加，电感储流不断增加，电感储存能量，并对电容充存能量，并对电容充电。电。降压型降压型Buck电路结构电路结构 当开关管截止时，当开关管截止时，开关管处断开，电感开关管处断开，电感极性突变，二极管导极性突变，二极管导通，电感和电容向负通，电感和电容向负载提供能量，电感电载提供能量，电感电流减小。流减小。输入与输出电压关系：输入与输出电压关系：Uo=UdD （理论值）（理论值）D为占空比为

4、占空比 0D1 升压型升压型Boost电路结构电路结构 当开关管导通时当开关管导通时, 输入电压流经电感输入电压流经电感,电感电流不断增加电感电流不断增加,电感储存能量。此时电感储存能量。此时二极管反偏截止，输二极管反偏截止，输入电压入电压Ud不向负载不向负载提供能量，而是由电提供能量，而是由电容容C提供。提供。升压型升压型Boost电路结构电路结构 当开关管截止时，电当开关管截止时，电感极性突变，二极管导感极性突变，二极管导通，输入电压通，输入电压Ud和电感和电感能量共同向负载供电，能量共同向负载供电，同时向电容充电，输出同时向电容充电，输出电压电压Uo是输入电压是输入电压Ud和和电感电压相

5、加，所以输电感电压相加，所以输出电压高于输入电压。出电压高于输入电压。升压型升压型Boost电路结构电路结构输入与输出电压关系：输入与输出电压关系：Uo=Ud/(1-D) （理论值）（理论值）D为占空比为占空比 0D1 特别说明：在每个开关周期中（导通和截止）特别说明：在每个开关周期中（导通和截止）,电感电感L有储能和释放能量过程，如果不接负载电阻有储能和释放能量过程，如果不接负载电阻R，电，电感能量无法释放，结果是输出电压不断升高，最终感能量无法释放，结果是输出电压不断升高，最终使变换器损坏，这是与使变换器损坏，这是与Buck电路不同点。电路不同点。升降压型升降压型Buck-Boost电路结

6、构电路结构 是一种输出电压既可低于也可高于输入电压直流变是一种输出电压既可低于也可高于输入电压直流变换器，换器，但其输出电压的极性与输入电压相反但其输出电压的极性与输入电压相反，也称为，也称为反相型变换器。反相型变换器。Buck-Boost变换器可看做是变换器可看做是Buck变变换器和换器和Boost变换器串联而成变换器串联而成 。 升降压型升降压型Buck-Boost电路结构电路结构 当开关管导通时当开关管导通时, 输入电压流经电感输入电压流经电感,电感电流不断增加电感电流不断增加,电感储存能量，极性电感储存能量，极性是上正下负，此时二是上正下负，此时二极管反偏截止，电感极管反偏截止，电感电

7、压不向负载提供能电压不向负载提供能量，而是由电容量，而是由电容C提提供。供。升降压型升降压型Buck-Boost电路结构电路结构 当开关管截止时，电当开关管截止时，电感极性突变，二极管导感极性突变，二极管导通，电感的储能向负载通，电感的储能向负载供电，此时电容有可能供电，此时电容有可能储能或释放能量，即输储能或释放能量，即输出电压出电压Uo可能高于或低可能高于或低于输入电压。于输入电压。输入与输出电压关系：输入与输出电压关系：Uo=UdD/(1-D) （理论值）（理论值）D为占空比为占空比 0D1 Buck电路电感在输出端，电感电电路电感在输出端，电感电流就是负载电流，由于电感电流流就是负载电

8、流，由于电感电流脉动小，所以输出电压脉动小。脉动小，所以输出电压脉动小。输入端要加电源纹波滤波器。输入端要加电源纹波滤波器。Boost电路电感在输入端，输入电路电感在输入端，输入电流脉动小，输出电压脉动大。电流脉动小，输出电压脉动大。输出端要加电源纹波滤波器。输出端要加电源纹波滤波器。Buck-Boost电路电感在中间，输电路电感在中间，输入和输出电流脉动都很大，所以入和输出电流脉动都很大，所以输入端和输出端要加电源纹波滤输入端和输出端要加电源纹波滤波器。波器。3种变换器纹波分析：种变换器纹波分析：电感除了储能和转换能量外，电感除了储能和转换能量外，还具有滤波作用还具有滤波作用MOS管驱动方式

9、管驱动方式PWM脉冲宽度调制脉冲宽度调制有关有关PWMSPWM按正弦波变化规律脉冲宽度调制按正弦波变化规律脉冲宽度调制MOS管驱动方式管驱动方式 驱动驱动MOS管与普通三极管不同，需要足管与普通三极管不同，需要足够的电压和电流。对于电压，在栅极够的电压和电流。对于电压，在栅极G和源和源极极S加一偏置电压加一偏置电压UGS，此电压上限一般为，此电压上限一般为20V，常取，常取 12V或或 15V，偏置电压越偏置电压越大，导通程度越深，但大于大，导通程度越深，但大于20V时容易烧坏。时容易烧坏。 由于单片机或信号源输出的由于单片机或信号源输出的PWM波波电压和电流不能直接驱动电压和电流不能直接驱动

10、MOS管，必管，必须加驱动电路，才能使须加驱动电路，才能使MOS导通。导通。 MOS管驱动电压上限为管驱动电压上限为20V，设导通下限设导通下限电压为电压为UGSM，且数值为正。，且数值为正。MOS管驱动电压要求管驱动电压要求有关高端驱动和低端驱动有关高端驱动和低端驱动对于对于N-MOS管，管，S极接公共极接公共端，采用低端驱动方式。端，采用低端驱动方式。S极电压不为极电压不为0时，采用时，采用高端高端驱动方式。驱动方式。对于对于P-MOS管，由于管，由于S极接极接输入端，电压不为输入端，电压不为0，驱动，驱动方式均为高端驱动。如果方式均为高端驱动。如果输入电压小于输入电压小于20V，可采用，

11、可采用下拉下拉驱动方式。驱动方式。MOS驱动输入方式驱动输入方式常用驱动芯片常用驱动芯片 专用驱动芯片专用驱动芯片IR系列系列-高端和低端驱动高端和低端驱动IR2101GSGS常用驱动芯片常用驱动芯片 专用驱动芯片专用驱动芯片IR系列系列-高端和低端驱动高端和低端驱动IR2101 IR系列驱动芯片高端驱动部分是利用自举电容系列驱动芯片高端驱动部分是利用自举电容充放电，提供充放电，提供MOS管驱动电压，只能用于驱动管驱动电压，只能用于驱动N-MOS管，且输出电压必须为正，对于管，且输出电压必须为正，对于Buck-Boost电路不能用电路不能用IR系列驱动芯片高端驱动部分系列驱动芯片高端驱动部分

12、IR系列驱动芯片低端驱动部分可以系列驱动芯片低端驱动部分可以直接直接驱动低驱动低端的端的N-MOS管，也可以管，也可以驱动驱动P-MOS管，但只能是管，但只能是输入电压小于输入电压小于20V场合，且只能用下拉驱动方式。场合，且只能用下拉驱动方式。常用驱动芯片常用驱动芯片 专用驱动芯片专用驱动芯片IR系列系列-高端和低端驱动高端和低端驱动IR2101常用驱动芯片常用驱动芯片 利用利用IR2101驱动驱动P-MOS（输入电压小于（输入电压小于20V）常用驱动芯片常用驱动芯片 专用驱动芯片专用驱动芯片IR系列系列-高端驱动高端驱动IR2125常用驱动芯片常用驱动芯片 光耦隔离芯片光耦隔离芯片-TLP

13、250常用驱动芯片常用驱动芯片 利用利用TLP250驱动驱动P-MOS（输入电压小于（输入电压小于20V）常用驱动芯片常用驱动芯片 利用利用TLP250驱动低端驱动低端N-MOS管管常用驱动芯片常用驱动芯片 光耦隔离驱动系列芯片光耦隔离驱动系列芯片 光耦隔离驱动系列芯片有很多不同型号，光耦隔离驱动系列芯片有很多不同型号，只要能产生隔离的驱动电源，只要能产生隔离的驱动电源，P-MOS、N-MOS、高端、低端均可适用。、高端、低端均可适用。常用驱动芯片常用驱动芯片 专用隔离驱动模块专用隔离驱动模块 这种驱动方式大多用于工业场合，内容含这种驱动方式大多用于工业场合，内容含有隔离的驱动电源，输入有隔离

14、的驱动电源，输入PWM光耦隔离。光耦隔离。且含有多种保护功能。且含有多种保护功能。直流电压检测方法直流电压检测方法差分放大电路差分放大电路4231RRRRININoVVRRV34 特别说明：由于采用单电源供电，要求正负特别说明：由于采用单电源供电，要求正负输入端必须有一边接公共端。输入端必须有一边接公共端。直流电压检测方法直流电压检测方法正直流电压检测正直流电压检测URRUd34212RRRUUd直流电压检测方法直流电压检测方法负直流电压检测负直流电压检测212RRRUUd21RUURUUFddo直流电流检测方法直流电流检测方法高端和低端检测高端和低端检测采用电阻两端电压不为采用电阻两端电压不为0时为高端检测时为高端检测采用电阻两端电压有一端为采用电阻两端电压有