降壓型開關電源
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-12
降壓型開關電源的實例教程
如此巨大的負電壓毛刺足以燒毀連接在此處的任何開關。如果您想了解有關這種現象的更多信息，請查看我另一篇文章：電感毛刺。在那篇文章中，提到了一個解決辦法，就是添加一個二極管。二極管就位后，現在無論何時斷開開關，電流都可以在一個完整的路徑中流動，并且開關后的電壓幾乎不會低于零，因為二極管的存在，電感左側電壓最多比接地低 0.7 伏（二極管壓降電壓），肖特基二極管會更低。
下圖是經典的降壓型開關電源電路，你可以使用這個基本電路以比線性穩壓器（Linear Voltage Regulator）更有效的方式將高電壓直流電降低到電壓較低的直流電。
使用 Arduino 搭建
我們使用 Arduino 搭建一個降壓型直流電源（Buck Converter）。這個電路僅用來學習降壓型開關電源的作用，不具有實際用途。Arduino 可以輸出方波(PWM), 我們可以利用它輸出的方波作為控制信號，在面包上搭建一個簡單的降壓型開關電源。
無反饋
我們使用 P溝道場效應管 IRF9540 來開關主電源，這里我使用可調電源輸出的 12 伏電壓。因為 Arduino 的驅動能力不足，不足以直接驅動 IRF9540, 我們使用一個 NPN 型BJT 晶體管 S8050 來驅動 IRF9540。我們編程讓 Arduino 輸出 31 k 赫茲的控制方波。旋轉電位器可以改變輸出方波的占空比。這樣，當 Arduino D3 腳輸出高電平時，三接管導通，拉低 N 溝道場管的門級（G)，場管導通；當 D3 輸出低電平時，三極管斷開，場管門級為高電平，場管關斷。
電位器一個引腳接在 Arduino 的 5V 引腳上，一個引腳接地，這樣電位器中間引腳可以輸出 0~5伏電壓。
A0 引腳: 接可調電位器的中間引腳。用于調節方波的占空比。
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當今的消費電子產品越來越趨向于小型化、集成化，功能也越來越多，對于續航的要求自然越來越嚴格，BUCK電源以其高效率的優點是其必然的選擇。
在設計BUCK電路時，如何選擇電感是一個值得深入思考的問題。雖然IC商會有電感選型推薦，但在滿足性能需求的基礎上選擇最合適的電感，是一個硬件工程師的基本素養，否則硬件工程師就會變成抄圖工程師。
下面介紹如何選擇DCDC BUCK降壓電源的功率電感。
后臺回復：BUCK仿真文件 可以得到仿真源文件
在選擇電感之前，我們首先要知道BUCK電路的基本原理，以及電感的基本參數，一定要先看完之前的文章再回過頭來看這篇文章：
《DCDC BUCK降壓電路詳細原理》
了解完BUCK基本原理以及電感的4大參數，我們就可以回過頭來分析電感選型的過程了。
選型的分析是根據下面的公式，公式的推導過程非常簡單，
a是電流紋波系數，或者紋波率。
上面的公式稍微變形就可以得到下面的公式
舉個“栗子”：
假定BUCK的輸入是10V輸出是5V，負載是2A的電流需求，開關頻率在2Khz，那么求電感值及其Isat參數。
電感值
負載電路是2A，紋波系數a按30%來看則，I=2*0.3=0.6A
電感值通常要留一定余量比如20%-30%，我們暫取20%，則電感選取2.4mH，實際比較接近的電感值為4.7mH。
為了理解電感值對電流紋波的影響，我們分別對比下2.2mH和4.7mH時電流紋波的大小,見下圖。
展開 因此，我們用一個高頻的方波（Pulse Width Modulated) 來控制開關的閉合和斷開：
高頻方波控制
通過增加控制方波的占空比，可以加快電容兩端電壓抬升的速度，進而提高輸出電壓。但是, 你如何知道輸出電壓到底是多少呢？課本中可能會看到這個公式（duty cycle 是指占空比）：
不管用的公式
這個公式只在電流很小的時候管用，在實際電路中，輸出電壓輸出電壓和方波占空比、電感的大小、開關速度、輸出電路等等都相關。因此，同降壓型（Buck）開關電源一樣，如果我們希望建立一個真實有用的升壓電源，我們需用一個一站式控制芯片。該芯片可以自動調節控制方波的占空比，以確保一個穩定的輸出電壓。
一站式解決方案
我們使用凌力爾特（Linear Technology）的 LT1370 這款芯片來制作升壓型開關電源：
50瓦電源
電源的輸入和輸出端都接入了電解電容和陶瓷電容，以濾除電流中的高頻信號。這是一種開關電源的常見做法：
濾波電容
為了提高轉換效率，我們使用肖特基二極管，正向壓降越低越好：
肖特基二極管
下面是可提供最大輸出為 30 伏的反饋電阻網絡：
反饋電阻
Vout 在可調電阻為最大值（10k）時最大:
下面是一些新花樣，這些器件用于控制回路頻率補償，基本上，它們幫助控制器適應輸出電壓的微小變化，以輸出干凈的直流電:
頻率補償
學習如何設計補償電路需要大量復雜的數學運算和控制理論知識，本文不做討論。好消息是，大多數時候您只需使用芯片數據表（datasheet）中的推薦值，您的電路就會跑起來。
穩定回路的方法
焊起來
從把帶有散熱片的主控芯片焊接到洞洞板的中間開始，周圍留下足夠空間，以放置其他器件。
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在設計BUCK電路時，如何選擇電感是一個值得深入思考的問題。雖然IC商會有電感選型推薦，但在滿足性能需求的基礎上選擇最合適的電感，是一個硬件工程師的基本素養，否則硬件工程師就會變成抄圖工程師。
因此，同降壓型（Buck）開關電源一樣，如果我們希望建立一個真實有用的升壓電源，我們需用一個一站式控制芯片。該芯片可以自動調節控制方波的占空比，以確保一個穩定的輸出電壓。
一站式解決方案
我們使用凌力爾特（Linear Technology）的 LT1370 這款芯片來制作升壓型開關電源：
50瓦電源
電源的輸入和輸出端都接入了電解電容和陶瓷電容，以濾除電流中的高頻信號。
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* 這是用 arduino 制作的降壓型開關電源的示例代碼。
* 我們使用 Aruino Uno. Nano 也是可以的。
