Buck电路原理分析

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1、BuckBuck电路原理分析电路原理分析一、Buck电路原理图Buck电路，又称降压电路，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。图一BuckBuck电路原理分析电路原理分析二、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。等效电路如图二图二Return To Page 6LNBuckBuck电路原理分析电路原理分析二、Buck电路工作原理1、基本工作原理分析当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电

2、，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，等效电路如图三图三Return To Page 6BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM1、CCM Mode：关键点原件波形见图四图四Return To Page 7BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM1、CCM Mode：开关管Q1导通时，根据KVL定律：0VdiVOLindtL即VVioinLtLtLVVioinL为Q管导通时间，所以， , T为工作周期，D为占空比：tDTtTDLVVioinL开关管Q1

3、关断时，同理根据KVL定律：忽略二极管D的正向压降，有VdioLdtL即DTLVioL1，可以得出：DVVino伏秒积平衡伏秒积平衡BuckBuck电路原理分析电路原理分析1、CCM Mode：三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM2maxminIIILLoTS所以，平均电流 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 TDTDTSIIIIIILLLLLL2122maxminmaxminmaxmin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，参考图四。电流的平均值在数学上的表达式为： TdttiITAV0，即在一个周期内

4、电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期，BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCM Mode：关键点原件波形见图五图五BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCM Mode：参照图四与图五电感电流的波形，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 ：in*1oOTDTDVVVVVoinD同样，在一个周期进行分析，maxmax22LLoTTIIIBuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，

5、DCM3、DCM Mode：关键点原件波形见图六图六BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCM Mode：由图六可知，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：in*doOTDVVVTonoinondTVVTT同样，在一个周期对电感电流进行分析：max*2LdoTDITITBuckBuck电路原理分析电路原理分析四、外为参数对系统工作模式的影响：图六BuckBuck电路原理分析电路原理分析四、外为参数与系统工作模式的关系：参考

6、图六，在一个周期对电感电流进行分析：minmaxminmax22LLLLdoTDTTIIIITIminmax2oLLdTTDIIIT即LinodLVVdti当Q管导通时maxminLLinoLTDIIVVmaxmininoLLTDVVIIL即minmin2inooLLdTDVVTTDIIITL2222minmin222oLinodLinoTLTDLVVIIT DT DTLTDTDVVIBuckBuck电路原理分析电路原理分析四、外为参数与系统工作模式的关系：1、如果工作在DCM模式，则令ILmin=0，Td 0，Td=T(1-D),即min02inooLdTDTVVIITDLT2inooTDV

7、VLIBuckBuck电路原理分析电路原理分析五、BUCK电路仿真验证：图七BuckBuck电路原理分析电路原理分析上述电路中基本参数设置：驱动波形：V=14V, f=20KHz,D=50%；输入电压：Vin=10Vdc；储能电感：L=80uH1、BCM模式仿真验证：根据电路系统工作在BCM模式下的条件,进行理论计算，(105) 0.580,0.78202oouHAIKHzI因此，电阻可定义为56.410.78ooVRI通过上述参数定义以及计算，可以得到相关参数的理论值：maxmin10 0.55 ,20.78 21.56 ,0LoLoinDVAAVVIII参照图八，可以得出仿真结果，maxm

8、in4.867 ,1548,10.729LLoVmAmAVII BuckBuck电路原理分析电路原理分析蓝色：电感电流红色：电感电压绿色：开关驱动棕色：输出电压蓝色：电感电流红色：电感电压绿色：开关驱动棕色：输出电压图八BuckBuck电路原理分析电路原理分析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：maxmin10 0.55 ;22 0.781.56LLooinDVAVVIII 参照图九，可以得出仿真结果，maxmin4.8034.803 ,1.2880.1781.4662

9、26.41LLooVVAAAVIIIBuckBuck电路原理分析电路原理分析蓝色：电感电流红色：电感电压绿色：开关驱动棕色：输出电压图九BuckBuck电路原理分析电路原理分析3、DCM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DCM的条件，可以将储能电感电感量设置为40uH。重点验证输入输出电压关系以及输出平均电流关系。oninondTVVoTTmax*2LdoTDITIT由图十的仿真波形可以得出，消磁时间Td=16.311uS,ILmax=2.353A,Vo=6.120V500.5106.056.120500.5 16.311oninoonduSVVVuSuSTVVTT6.1202.353(500.5 16.311)0.9550.9726.412 50ooVAuSuSVAAIRuS蓝色：电感电流 红色：电感电压绿色：开关驱动 棕色：输出电压图十BuckBuck电路原理分析电路原理分析BoostBoost电路电路 Buck-BoostBuck-Boost电路电路BoostBoost电路电路 Buck-BoostBuck-Boost电路电路24 结束语结束语