Buck電路工作原理詳解

1、 目錄目錄: 1. BUCK1. BUCK電路原理圖電路原理圖 2. BUCK 2. BUCK電路工作原理電路工作原理 3. 3. BuckBuck電路的三種工作模式：電路的三種工作模式：CCMCCM，BCMBCM，DCMDCM 4. BUCK 4. BUCK電路外圍參數(shù)與系統(tǒng)工作模式的關(guān)系電路外圍參數(shù)與系統(tǒng)工作模式的關(guān)系 5. BUCK5. BUCK電路仿真驗(yàn)證電路仿真驗(yàn)證 BuckBuck電路原理分析電路原理分析一、Buck電路原理圖Buck電路，又稱降壓電路，其基本特征是DC-DC轉(zhuǎn)換電路，輸出電壓低于輸入電壓。輸入電流為脈動(dòng)的，輸出電流為連續(xù)的。圖一BuckBuck電路原理分析電路原理

2、分析二、Buck電路工作原理1、基本工作原理分析當(dāng)開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)為高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感L1被充磁，流經(jīng)電感的電流線性增加，同時(shí)給電容C1充電，給負(fù)載R1提供能量。等效電路如圖二圖二Return To Page 6LNBuckBuck電路原理分析電路原理分析二、Buck電路工作原理1、基本工作原理分析當(dāng)開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)為低電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，儲(chǔ)能電感L1通過續(xù)流二極管放電，電感電流線性減少，輸出電壓靠輸出濾波電容C1放電以及減小的電感電流維持，等效電路如圖三圖三Return To Page 6BuckBuck電路原理分析電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM1

3、、CCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)原件波形見圖四圖四Return To Page 7BuckBuck電路原理分析電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM1、CCM Mode：開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)KVL定律：0VdiVOLindtL即VVioinLtLtLVVioinL為Q管導(dǎo)通時(shí)間，所以， , T為工作周期，D為占空比：tDTtTDLVVioinL開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，同理根據(jù)KVL定律：忽略二極管D的正向壓降，有VdioLdtL即DTLVioL1，可以得出：DVVino伏秒積平衡伏秒積平衡BuckBuck電路原理分析電路原理分析1、CCM Mode：三、Buck電路的三種工作

4、模式：CCM，BCM，DCM2maxminIIILLoTS所以，平均電流 為電流的平均值。參照?qǐng)D四電感電流波形，一個(gè)周期內(nèi)面積為 TDTDTSIIIIIILLLLLL2122maxminmaxminmaxmin負(fù)載電流IO與電感電流的關(guān)系，在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行分析，負(fù)載電流即為在一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值，參考圖四。電流的平均值在數(shù)學(xué)上的表達(dá)式為： TdttiITAV0，即在一個(gè)周期內(nèi)電流函數(shù)曲線與時(shí)間軸所圍成的面積除以周期，BuckBuck電路原理分析電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)原件波形見圖五圖五BuckBuck電路原理分析電路原理分

5、析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCM Mode：參照?qǐng)D四與圖五電感電流的波形，可以得知電感最小電流逐漸減小到零時(shí)，工作模式也逐漸從CCM進(jìn)入BCM。根據(jù)伏秒積平衡 ：in*1oOTDTDVVVVVoinD同樣，在一個(gè)周期進(jìn)行分析，maxmax22LLoTTIIIBuckBuck電路原理分析電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)原件波形見圖六圖六BuckBuck電路原理分析電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCM Mode：由圖六可知，電路系統(tǒng)工作在DCM模式下，需要滿足兩個(gè)

6、條件，一、電感充磁開始以及消磁結(jié)束時(shí)流經(jīng)電感的電流為零；二、電感消磁時(shí)間小于開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間。根據(jù)伏秒積平衡有：in*doOTDVVVTonoinondTVVTT同樣，在一個(gè)周期對(duì)電感電流進(jìn)行分析：max*2LdoTDITITBuckBuck電路原理分析電路原理分析四、外為參數(shù)對(duì)系統(tǒng)工作模式的影響：圖六BuckBuck電路原理分析電路原理分析四、外為參數(shù)與系統(tǒng)工作模式的關(guān)系：參考圖六，在一個(gè)周期對(duì)電感電流進(jìn)行分析：minmaxminmax22LLLLdoTDTTIIIITIminmax2oLLdTTDIIIT即LinodLVVdti當(dāng)Q管導(dǎo)通時(shí)maxminLLinoLTDIIVVmaxminin

7、oLLTDVVIIL即minmin2inooLLdTDVVTTDIIITL2222minmin222oLinodLinoTLTDLVVIIT DT DTLTDTDVVIBuckBuck電路原理分析電路原理分析四、外為參數(shù)與系統(tǒng)工作模式的關(guān)系：1、如果工作在DCM模式，則令I(lǐng)Lmin=0，Td 0，Td=T(1-D),即min02inooLdTDTVVIITDLT2inooTDVVLIBuckBuck電路原理分析電路原理分析五、BUCK電路仿真驗(yàn)證：圖七BuckBuck電路原理分析電路原理分析上述電路中基本參數(shù)設(shè)置：驅(qū)動(dòng)波形：V=14V, f=20KHz,D=50%；輸入電壓：Vin=10Vdc

8、；儲(chǔ)能電感：L=80uH1、BCM模式仿真驗(yàn)證：根據(jù)電路系統(tǒng)工作在BCM模式下的條件,進(jìn)行理論計(jì)算，(105) 0.580,0.78202oouHAIKHzI因此，電阻可定義為56.410.78ooVRI通過上述參數(shù)定義以及計(jì)算，可以得到相關(guān)參數(shù)的理論值：maxmin10 0.55 ,20.78 21.56 ,0LoLoinDVAAVVIII參照?qǐng)D八，可以得出仿真結(jié)果，maxmin4.867 ,1548,10.729LLoVmAmAVII BuckBuck電路原理分析電路原理分析藍(lán)色：電感電流紅色：電感電壓綠色：開關(guān)驅(qū)動(dòng)棕色：輸出電壓藍(lán)色：電感電流紅色：電感電壓綠色：開關(guān)驅(qū)動(dòng)棕色：輸出電壓圖八

9、BuckBuck電路原理分析電路原理分析2、CCM模式仿真驗(yàn)證：在上述BCM分析的基礎(chǔ)上，得出儲(chǔ)能電感的電感量80uH為臨界點(diǎn)，由系統(tǒng)工作在CCM的條件，可以將儲(chǔ)能電感電感量設(shè)置為120uH,理論計(jì)算：maxmin10 0.55 ;22 0.781.56LLooinDVAVVIII 參照?qǐng)D九，可以得出仿真結(jié)果，maxmin4.8034.803 ,1.2880.1781.466226.41LLooVVAAAVIIIBuckBuck電路原理分析電路原理分析藍(lán)色：電感電流紅色：電感電壓綠色：開關(guān)驅(qū)動(dòng)棕色：輸出電壓圖九BuckBuck電路原理分析電路原理分析3、DCM模式仿真驗(yàn)證：在上述BCM分析的基礎(chǔ)上，得出儲(chǔ)能電感的電感量80uH為臨界點(diǎn)，由系統(tǒng)工作在DCM的條件，可以將儲(chǔ)能電感電感量設(shè)置為40uH。重點(diǎn)驗(yàn)證輸入輸出電壓關(guān)系以及輸出平均電流關(guān)系。oninondTVVoTTmax*2LdoTDITIT由圖十的仿真波形可以得出，消磁時(shí)間Td=16.311uS,ILmax=2.353A,Vo=6.120V500.5106.056.120500.5 16.311oninoonduSVVVuSuSTVVTT6.1202.353(500.5 16.311)0.9550.97