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用DC-DC 升压降压以及产生负电压的原理及应用

2023-11-19

前言

在设计电源电路时经常会用到升压降压和负电压等电路，博主结合理论知识和实际应用加上自己理解，分享这篇文章。

一、Boost和Buck电路

推荐一个B站视频：
https://www.bilibili.com/video/BV137411X7Te?from=search&seid=15078284696909984405

理解Boost和Buck电路的原理楼主认为只要记住电感两端的电流不能突变，电容两端的电压不能突变。

视频中讲的很清楚了，Boost和Buck电路需要元件是一样的，只是电路的拓扑结构不同。
我们也可以发现Boost和Buck也是开关电路。

二、实际使用

1.DC-DC芯片

我们来看常用的DC-DC芯片。
在这里插入图片描述
Alt
结合视频不难看出这是一个boost电路，而DC-DC芯片的SW脚就是个开关。从内部分析，SW是内部MOSFET的漏极，源极连接着GND。

我们继续看内部电路，FB的电压由外部R1/R2分压决定，这个分压后的电压Vfb要和内部参考电压0.6v接近，经过error amplifier后将微小的误差放大传入PWM比较器，PWM比较强的反向输入端连接一个振荡器，振荡器输出三角波，博主认为这里起到脉冲宽度调制的作用。这样当输出电压下降的时候Vfb也下降，error amplifier的输出就变大，逻辑控制单元的输出脉冲宽度变大，导致更多的电流流经MOSFET,
这样增加输出电压。
故要求Vout * R2/(R1+R2) = Vref(0.6v)。移相过来就可以得出输出电压与两个电阻的关系。
在这里插入图片描述
由此推出的输出电压公式为Vout = Vref * (1+R1/R2),和输入电压无关。

在这里插入图片描述

2.DC-DC芯片产生负电压

产出负电压有很多种方法，变压器，电荷泵等电路都能产生负电压，可以参考下面文章。
https://www.sohu.com/a/339257386_202311

我们这里分析下用DC-DC来产生负电压。
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连接到电路就这个样子
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博主还见过一种方法产生负电压。降压芯片产生负电压，把原来的电压输出接地，原来的GND输出的就是负电压了。Buck电路理论上能产生任何比电源电压低的电压。当我们把输出接地时，原来的GND电压就比0v还低了。
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常用Buck电路举例
在这里插入图片描述

芯片的内部参考电压Vref是1.21v，FB的电压Vfb要和Vref接近
直接把原来的输出接地，原来的GND就是负向输出。
Vref永远是比GND输出的电压高1.21v，让R1和R2分压后的电压值Vfb接近这个Vref，就能稳定输出负电压了。
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