Buck電路工作原理詳解

BUCK電路工作原理分析目錄:1.BUCK電路原理圖2.BUCK電路工作原理3.Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM4.BUCK電路外圍參數(shù)與系統(tǒng)工作模式的關(guān)系5.BUCK電路仿真驗證Thefuturepowersolutions2021/5/91Buck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。輸入電流為脈動的，輸出電流為連續(xù)的。圖一2021/5/92Buck電路原理分析二、Buck電路工作原理1、基本工作原理分析當開關(guān)管Q1驅(qū)動為高電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，儲能電感L1被充磁，流經(jīng)電感的電流線性增加，同時給電容C1充電，給負載R1提供能量。等效電路如圖二圖二ReturnToPage62021/5/93LNBuck電路原理分析二、Buck電路工作原理1、基本工作原理分析當開關(guān)管Q1驅(qū)動為低電平時，開關(guān)管關(guān)斷，儲能電感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ReturnToPage62021/5/94Buck電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM1、CCMMode：關(guān)鍵點原件波形見圖四圖四ReturnToPage72021/5/95Buck電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM1、CCMMode：開關(guān)管Q1導(dǎo)通時，根據(jù)KVL定律：即→為Q管導(dǎo)通時間，所以，,T為工作周期，D為占空比：①開關(guān)管Q1關(guān)斷時，同理根據(jù)KVL定律：忽略二極管D的正向壓降，有即②①，可以得出：＝②伏秒積平衡2021/5/96Buck電路原理分析1、CCMMode：三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM所以，平均電流

為電流的平均值。參照圖四電感電流波形，一個周期內(nèi)面積為負載電流IO與電感電流的關(guān)系，在一個周期內(nèi)進行分析，負載電流即為在一個周期內(nèi)電流的平均值，參考圖四。電流的平均值在數(shù)學(xué)上的表達式為：

，即在一個周期內(nèi)電流函數(shù)曲線與時間軸所圍成的面積除以周期，2021/5/97Buck電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCMMode：關(guān)鍵點原件波形見圖五圖五2021/5/98Buck電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCMMode：參照圖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，工作模式也逐漸從CCM進入BCM。根據(jù)伏秒積平衡：同樣，在一個周期進行分析，2021/5/99Buck電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCMMode：關(guān)鍵點原件波形見圖六圖六2021/5/910Buck電路原理分析三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCMMode：由圖六可知，電路系統(tǒng)工作在DCM模式下，需要滿足兩個條件，一、電感充磁開始以及消磁結(jié)束時流經(jīng)電感的電流為零；二、電感消磁時間小于開關(guān)管關(guān)斷時間。根據(jù)伏秒積平衡有：同樣，在一個周期對電感電流進行分析：2021/5/911Buck電路原理分析四、外為參數(shù)對系統(tǒng)工作模式的影響：圖六2021/5/912Buck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，在一個周期對電感電流進行分析：即當Q管導(dǎo)通時即2021/5/913Buck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<T(1-D),即2、如果工作在BCM模式，則令I(lǐng)Lmin=0，Td=T(1-D),即3、如果工作在CCM模式，則令I(lǐng)Lmin

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0，Td=T(1-D),即2021/5/914Buck電路原理分析五、BUCK電路仿真驗證：圖七2021/5/915Buck電路原理分析上述電路中基本參數(shù)設(shè)置：驅(qū)動波形：V=14V,f=20KHz,D=50%；輸入電壓：Vin=10Vdc；儲能電感：L=80uH1、BCM模式仿真驗證：根據(jù)電路系統(tǒng)工作在BCM模式下的條件,進行理論計算，因此，電阻可定義為通過上述參數(shù)定義以及計算，可以得到相關(guān)參數(shù)的理論值：參照圖八，可以得出仿真結(jié)果，2021/5/916Buck電路原理分析藍色：電感電流紅色：電感電壓綠色：開關(guān)驅(qū)動棕色：輸出電壓藍色：電感電流紅色：電感電壓綠色：開關(guān)驅(qū)動棕色：輸出電壓圖八2021/5/917Buck電路原理分析2、CCM模式仿真驗證：在上述BCM分析的基礎(chǔ)上，得出儲能電感的電感量80uH為臨界點，由系統(tǒng)工作在CCM的條件，可以將儲能電感電感量設(shè)置為120uH,理論計算：參照圖九，可以得出仿真結(jié)果，2021/5/918Buck電路原理分析藍色：電感電流紅色：電感電壓綠色：開關(guān)驅(qū)動棕色：輸出電壓圖九2021/5/919Buck電路原理分析3、DCM模式仿真驗證：在上述BCM分析的基礎(chǔ)上，得出儲能電感的電感量80uH為臨界點，由系統(tǒng)工作在DCM的條件，可以將儲能電感電感量設(shè)置為40uH。重點驗證輸入輸出電壓關(guān)系以及輸出平均電流關(guān)系。由圖十的仿真波形可以得出，消磁時間Td=16.311uS,ILmax=2.353A,Vo=6.120V2021/5/920藍色