一、Buck电路原理图
本文引用地址:
![降压电路](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/276/w1376h500/20240716/5553-f0b41318696c34bf217a785bd8f61c85.jpg)
,其基本特征是DC-DC转换电路,输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的,输出电流为连续的。
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/23/w1080h543/20240716/cd4d-7dbe7fd3f4d5d8fb513a4cf9fe228eb6.png)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/788/w1080h508/20240716/5c6a-9d3a550c6c1a615a5696076254245ffd.png)
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析
当开关管Q1驱动为高电平时,开关管导通,储能电感L1被充磁,流经电感的电流线性增加,同时给电容C1充电,给负载R1提供能量。等效电路如图二
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/108/w1240h468/20240716/7129-2157248e192846e3d771936adc99bcbf.jpg)
当开关管Q1驱动为低电平时,开关管关断,储能电感L1通过续流二极管放电,电感电流线性减少,输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持,等效电路如图三
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/62/w1210h452/20240716/ca1e-4aaee091d737cd08685ab69ddf2ebafe.jpg)
三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM
1、CCM (ContinuousConduction Mode),连续导通模式:在一个开关周期内,电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”,意味着在开关周期内电感磁通从不回到0,功率管闭合时,线圈中还有电流流过。
2、DCM,(Discontinuous Conduction Mode)非连续导通模式:在开关周期内,电感电流总会会到0,意味着电感被适当地“复位”,即功率开关闭合时,电感电流为零。
3、BCM(Boundary Conduction Mode),边界或边界线导通模式:控制器监控电感电流,一旦检测到电流等于0,功率开关立即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感值电流高,而截至斜坡相当平,则开关周期延长,因此,BCM变化器是可变频率系统。BCM变换器可以称为临界导通模式或CRM(Critical Conduction Mode)。
![BCM](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/485/w1080h1005/20240716/4545-69b2574d53110a366e2b7f0e1a7d55e0.png)
![BCM](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/153/w1080h1473/20240716/ffff-df944cfeffe7f0165d7623629f268583.png)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/539/w1080h1059/20240716/5ba6-83c6679b837a476907dfe9daa0356de6.png)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/160/w1080h1480/20240716/67a5-d26434d3cde866a05deaf917dba1fa33.png)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/429/w1080h949/20240716/0c74-30f0d9fff06c5742cc41e1459b0ad75d.png)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/201/w1080h1521/20240716/8ddc-ddd16ddc26e931838a8e98e65cd114de.png)
1、CCM Mode:关键点波形
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/356/w1104h852/20240716/7213-191c584c311fe4ef7b0a0600270f783c.jpg)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/198/w1080h718/20240716/e36a-fbd7fd699b5a83aa0560ab886676eee6.png)
负载电流IO与电感电流的关系,在一个周期内进行分析,负载电流即为在一个周期内电流的平均值。电流的平均值在数学上的表达式为:
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/178/w108h70/20240716/6d99-4ded0b2b26cfa576594c646bd334be9a.png)
即在一个周期内电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期,为电流的平均值。参照图四电感电流波形,一个周期内面积为
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/613/w1080h333/20240716/b282-822f2ae757eb8b9716b1c98828dbd0a8.png)
BCM Mode:关键点波形
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/198/w1006h792/20240716/5eb8-0dd4827b1ad2d0bc5274473883f4eb28.jpg)
可以得知电感最小电流逐渐减小到零时,工作模式也逐渐从CCM进入BCM。根据伏秒积平衡 :
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/705/w1080h425/20240716/fbe7-907a8e527f3e374b195338760ee4e7b3.png)
DCM Mode:关键点波形
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/290/w1088h802/20240716/9301-c2e0feb018cc0cdab359537e5a975614.jpg)
电路系统工作在DCM模式下,需要满足两个条件,一、电感充磁开始以及消磁结束时流经电感的电流为零;二、电感消磁时间小于开关管关断时间。根据伏秒积平衡有:
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/420/w809h411/20240716/81f1-53a11a7d0f8811166f118c32f7f7cfb9.png)
同样,在一个周期对电感电流进行分析:
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/164/w1286h478/20240716/2bac-c59dbc0abe35e2c8d408cea172c052da.jpg)
四、外围器件参数对系统工作模式的影响
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/378/w1158h820/20240716/7a49-e99ad0b1fc0c165812875002bad4fc47.jpg)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/376/w1080h896/20240716/feed-572f8ec014f2490e315e57e5d98726db.png)
五、BUCK电路仿真验证
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/468/w1090h978/20240716/40ee-3544c20002d40ddce6e7b7a905c18d68.jpg)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/235/w1080h755/20240716/7de1-1daa6545d0bd460b7717793c47ce112e.png)
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/498/w816h482/20240716/7813-3e99290a87797ef5ae5e83f6a2821627.png)
2、CCM模式仿真验证:在上述BCM分析的基础上,得出储能电感的电感量80uH为临界点,由系统工作在CCM的条件,可以将储能电感电感量设置为120uH,理论计算:
![](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/363/w1080h83/20240716/15f5-c3a4fe511df48580e1c53652674bbd70.png)
参照图九,可以得出仿真结果,
![关键词: BUCK电路 电路设计 降压电路](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/522/w1080h242/20240716/2639-d32e52916e468fd43860310469eba020.png)
![关键词: BUCK电路 电路设计 降压电路](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/525/w839h486/20240716/3d0b-02dc987371200cbbf9f1803725cf0723.png)
![关键词: BUCK电路 电路设计 降压电路](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/114/w1080h634/20240716/9614-bd5ec08174616cbc8dc1e3bdb8059666.png)
![关键词: BUCK电路 电路设计 降压电路](http://n.sinaimg.cn/spider20240716/516/w839h477/20240716/3956-66c55ca0079a87dce3effcee609005d8.png)
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