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詳解BUCK電路原理

微云疏影 ? 來源:硬件工程師看海 ? 作者:硬件工程師看海 ? 2022-04-18 11:01 ? 次閱讀

在電子電路中,電源一般分為兩類,一類是線性電源,一類是開關電源。線性電源具有噪聲小的優點。開關電源雖然噪大,但是具有效率高、熱損小的優點。

開關電源還可以細分為降壓型、升壓型和升降壓三類。也可按照隔離、非隔離,或者同步非同步再進一步細分。

手機電腦消費電子領域,降壓型BUCK電路應用非常廣泛。是電源工程師的入門課,下面就介紹BUCK降壓電路的基本工作原理,并進行原理仿真,后臺回復:BUCK仿真文件 可以得到仿真源文件。

為了把我們的主要精力放在理解BUCK原理上,我們選擇非同步BUCK進行分析,也就是電路中只有一個開關管,由二極管對電感續流放電。

基本的BUCK降壓電路由開關、電感、二極管和電容組成,簡約的東西經過組合往往會迸發出不可思議的結果,BUCK就是這樣的電路。

電感的基本參數和意義見以前的文章:

電感參數有哪些?怎么選擇電感?

BUCk基本框圖如下:

poYBAGJc1H-AJuefAAA-SB68CYg778.jpg

當開關S1閉合導通時,VA電壓為高,Vin給電感L1充電,流過電感L1的電流逐漸增加,電流路徑見上圖綠色回路,電感充電波形見下圖。

pYYBAGJc1H-ADuUYAAFtrzwkVoU945.jpg

當開關S1斷開時,Va為低電平,電感L1通過負載和二極管放電,電感L1的電流逐漸減小,電流路徑見下圖藍色部分,電感放電波形見上圖。

poYBAGJc1ICAHnqfAABU9B2RZVU746.jpg

BUCK的基本工作過程就是對電感充放電的過程。

這里有個小說明,在同步BUCK中D1會被開關代替,以提高效率,在S1斷開時,但是本章中使用的是續流二極管,則在S1斷開時,VA其實是有一部分的負電壓的(差不多剛好-0.7V)。

BUCK輸入輸出電壓的計算關系:

我們不用管什么幅秒特性,只看最終、最基本、最本質的電感相關公式:

pYYBAGJc1ICAVkMXAAAJBLTBTek734.jpg

在BUCK建立穩態后,電感充放電的電流是相等的,△t=T*D是充電的時間,T*(1-D)是放電的時間,即穩態時:

poYBAGJc1ICAM39DAAAK5HJTohY852.jpg

T為開關周期,D為占空比,就是開關導通的時間占整個周期的百分比。

同樣的道理:

pYYBAGJc1IGAa2jBAAAJqPSpBaY728.jpg

整理得到:

poYBAGJc1IGAS3wbAAAH94SZRXM171.jpg

非常簡單的計算過程,一點也不復雜。

下面看原理仿真,multisim仿真文件在公眾號后臺回復:buck仿真文件 可以下載。

pYYBAGJc1IKANOVNAAAm4QiHLwA914.jpg

通過開關管對電感充放電,可以明顯看到電流的充放電三角波電流,當改變輸出電容時,有助于緩解輸出的紋波,然而由于BUCK開關架構的先天不足,此紋波無法消除,抑制程度也有限。

poYBAGJc1IKAS1-0AAAvl5ZU4CM554.jpg

pYYBAGJc1IKAGYvLAAArNxXSsLY158.jpg

同時我們也可以看到由于續流二極管的存在,當開關段開始,Va有小段的負電,此負電大約-0.7v,就是和二極管相關,同時由于此二極管的存在,輸入輸出關系也略微改變,導致輸出輸入不滿足D的關系,為了提升效率就出現了同步BUCK電路。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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