Buck电路工作原理详解

BUCK电路工作原理分析目录:1.BUCK电路原理图2.BUCK电路工作原理3.Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM4.BUCK电路外围参数与系统工作模式的关系5.BUCK电路仿真验证Thefuturepowersolutions2021/5/91Buck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。图一2021/5/92Buck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ReturnToPage62021/5/93LNBuck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，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ReturnToPage62021/5/94Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM1、CCMMode：关键点原件波形见图四图四ReturnToPage72021/5/95Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM1、CCMMode：开关管Q1导通时，根据KVL定律：即→为Q管导通时间，所以，,T为工作周期，D为占空比：①开关管Q1关断时，同理根据KVL定律：忽略二极管D的正向压降，有即②①，可以得出：＝②伏秒积平衡2021/5/96Buck电路原理分析1、CCMMode：三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM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：

，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，2021/5/97Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCMMode：关键点原件波形见图五图五2021/5/98Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCMMode：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：同样，在一个周期进行分析，2021/5/99Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCMMode：关键点原件波形见图六图六2021/5/910Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCMMode：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：同样，在一个周期对电感电流进行分析：2021/5/911Buck电路原理分析四、外为参数对系统工作模式的影响：图六2021/5/912Buck电路原理分析四、外为参数与系统工作模式的关系：参考图六，在一个周期对电感电流进行分析：即当Q管导通时即2021/5/913Buck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<T(1-D),即2、如果工作在BCM模式，则令ILmin=0，Td=T(1-D),即3、如果工作在CCM模式，则令ILmin

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0，Td=T(1-D),即2021/5/914Buck电路原理分析五、BUCK电路仿真验证：图七2021/5/915Buck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，因此，电阻可定义为通过上述参数定义以及计算，可以得到相关参数的理论值：参照图八，可以得出仿真结果，2021/5/916Buck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：输出电压图八2021/5/917Buck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：参照图九，可以得出仿真结果，2021/5/918Buck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：输出电压图九2021/5/919Buck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。由图十的仿真波形可以得出，消磁时间Td=16.311uS,ILmax=2.353A,Vo=6.120V2021/5/920蓝色