模拟Buck-Boost变换器设计

当我在学习变形金刚的时候，我意识到这些重要的设备在无声地推动着现代科技的发展，而且就在我们身边。AC/AC和AC/DC转换当然是电子学中的重要任务，但DC/DC转换是其中一个不太明显的任务。

直流电压等级之间的转换有很多种方法，每种电路的复杂程度各不相同。与使用分压器等简单的DC/DC转换方法相比，使用降压-升压变换器具有某些优势。转换器将不可避免地作为直流电源的一部分出现，模拟可以帮助您调整在转换器电路中需要使用的组件值。

DC/DC转换器的类型

也许最简单的DC/DC转换电路是分压器。该电路完全是线性的，并在相同的极性下将输入电压降至较低的值，多余的电能以热量的形式消散。然而，分压器并不是DC/DC转换的理想电路。首先，连接到分压器的负载将显著影响输出电压，除非负载比分压器电阻大得多。

使用无调节电源时，输出直流电压将包含一些叠加在直流电压上的纹波，然后可以用稳压电路消除。该稳压电路作为整体DC/DC变换器的一部分出现。用于DC/DC转换的分压器将降低电压，但仍将允许纹波传播到输出，除非进一步过滤或除非该输出被传递到稳压器。调节器电路确实是最好的选择，因为它自然地提供过滤。

直流电源有两种类型的稳压器电路:线性稳压器和切换监管机构．开关调节器包括降压变换器，升压变换器，或两者的合并:降压-升压变换器。Buck-boost转换器可作为可安装在pcb上的ic。这些转换器输出具有显著电流和低噪声的电压范围，使它们适用于电池供电设备，工业系统和汽车应用。

一个开关直流电源的例子

Buck, Boost和Buck-Boost转换器

降压变换器和升压变换器使用带有反馈机制的开关晶体管，类似于线性调节器。开关转换器不是作为压敏电阻，而是使用开关来调制电感产生的电流，并用一个或多个二极管控制其方向。与线性稳压器相比，这些开关稳压器提供了显著提高的效率。

降压-升压变换器简单地结合了降压或升压变换器的功能，并通过对开关信号应用脉宽调制(PWM)来选择所需的模式。这将输入直流电压转换为相反的极性。根据应用于开关晶体管的方波占空比，该转换器可以提高或降低输出电压。当占空比大于50%(升压模式)时，变换器将提高输出电压，当占空比小于50%时，变换器将降低输出电压(降压模式)。

更先进的降压升压转换器将包括一个反馈机制，以调节占空比对抗相位噪声，提供更稳定的输出电压。这种反馈机制可以包括比较器/弛豫振荡器电路，补偿开关波形中的噪声，并进一步抑制输出中的噪声。

模拟Buck-Boost变换器

在转换器设计期间使用基于spice的电路模拟器时，您的目标应该是在转换器的各个部分迭代可能的组件值。一个目标是研究每个组件如何帮助减少纹波，最终从电源产生平坦的线性输出。您还可以检查应用于开关信号的占空比如何影响输出波形。

当您的仿真包包含各种ic的SPICE模型时，您可以在仿真中包含这些模型，并检查各种组件提供的性能。这允许您为特定的转换器确定正确的组件组合，并试验不同的反馈机制。

电源的基本部件

请注意，降压-升压变换器至少包含一个等效RLC电路，这既是由于设计中的组件，也是由于寄生电容和电感。这使得降压-升压变换器在调节器信号切换时容易产生振铃。您需要在电路中选择正确的组件组合，以便每个电路的固有频率不匹配开关频率或其高阶谐波。

最后，buck-boost变换器中的开关IC(通常是FET或MOSFET)会产生显著的噪声，表现为EMI进行在输出信号中。虽然这些ic的开关频率与控制信号相同，但除了基频之外，还会产生更高阶的谐波。包含IC模型的电路模拟器将允许您检查这些高阶谐波，并确定去除传导EMI所需的过滤级别。

开关产生的噪声也可能出现在附近的电路迹线或敏感的模拟电路中，如辐射的EMI。在足够高的频率和电流下，这种噪声可以强到引起附近数字电路的不自主开关。重要的是要注意，在电路模拟器中不能直接考虑辐射EMI。如果您想检查辐射EMI如何影响附近的电路，您将需要使用3D场求解器。

您可以在工作时检查buck-boost转换器和更复杂的电力电子器件的时域和频域行为OrCAD PSpice模拟器从节奏．这种独特的包装是专门为复杂PCB设计，您可以建立模型来模拟和分析原理图和/或PCB中的电路行为。该包还配备了34000+型号的各种半导体器件。许多半导体制造商也为他们的零件开发PSpice模型。

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