Buck电路工作原理详解.ppt

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 Thefuturepowersolutions Buck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 Buck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 ReturnToPage6 L N Buck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 ReturnToPage6 Buck电路原理分析 三 Buck电路的三种工作模式 CCM BCM DCM 1 CCMMode 关键点原件波形见图四 图四 ReturnToPage7 Buck电路原理分析 三 Buck电路的三种工作模式 CCM BCM DCM 1 CCMMode 开关管Q1导通时 根据KVL定律 为Q管导通时间 所以 T为工作周期 D为占空比 开关管Q1关断时 同理根据KVL定律 伏秒积平衡 Buck电路原理分析 1 CCMMode 三 Buck电路的三种工作模式 CCM BCM DCM Buck电路原理分析 三 Buck电路的三种工作模式 CCM BCM DCM 2 BCMMode 关键点原件波形见图五 图五 Buck电路原理分析 三 Buck电路的三种工作模式 CCM BCM DCM 2 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 Buck电路原理分析 三 Buck电路的三种工作模式 CCM BCM DCM 3 DCMMode 关键点原件波形见图六 图六 Buck电路原理分析 三 Buck电路的三种工作模式 CCM BCM DCM 3 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 Buck电路原理分析 四 外为参数对系统工作模式的影响 图六 Buck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 Buck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 0 Td T 1 D 即 Buck电路原理分析 五 BUCK电路仿真验证 图七 Buck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 80uH 1 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 Buck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 Buck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 Buck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 Buck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