Buck電路工作原理詳解精品課件

1、,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，DCM 4. 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(yàn)證,The future power solutions,Buck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,Buck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

2、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 6,L,N,Buck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 6,Buck電路原理分析,三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM,1、CCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)原件波形見圖四,圖四,Return To Page 7,Buck電路原理分析,三、Buck電路的三種工作模式：CCM

3、，BCM，DCM,1、CCM Mode：,開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)KVL定律：,為Q管導(dǎo)通時(shí)間，所以， , T為工作周期，D為占空比：,開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，同理根據(jù)KVL定律：,伏秒積平衡,Buck電路原理分析,1、CCM Mode：,三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM,Buck電路原理分析,三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM,2、BCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)原件波形見圖五,圖五,Buck電路原理分析,三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM,2、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

4、從CCM進(jìn)入BCM。根據(jù)伏秒積平衡 ：,同樣，在一個(gè)周期進(jìn)行分析，,Buck電路原理分析,三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM,3、DCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)原件波形見圖六,圖六,Buck電路原理分析,三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM,3、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)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：,同樣，在一個(gè)周期對(duì)電感電流進(jìn)行分析：,Buck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,Buck電路原理分析,四、外為參

5、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：,即,當(dāng)Q管導(dǎo)通時(shí),即,Buck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，TdT(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 0，Td=T(1-D),即,Buck電路原理分析,五、BUCK電路仿真驗(yàn)證：,圖七,Buck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；儲(chǔ)能電感：L=80uH,1、BCM模式仿真驗(yàn)證：根據(jù)電路系

6、統(tǒng)工作在BCM模式下的條件,進(jìn)行理論計(jì)算，,因此，電阻可定義為,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：,參照?qǐng)D八，可以得出仿真結(jié)果，,Buck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,Buck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：,參照?qǐng)D九，可以得出仿真結(jié)果，,Buck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,Buck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。,由圖十的仿真波形可以得出，消磁時(shí)間Td=16.311uS,ILmax=2.3