buck电路原理(包你明白).ppt

PowerSupply电源 ByAdlsong 放电 电池 Li Li Poly 3 4 2V NiMH Akaline 0 9 1 5V 太阳能 燃烧电池 作用 主 背份电源 类型 初级 次级 管理 保护 GasGauge 安全 功率转换 负载 充电 电源 适配器 5V 9V 12V 24V 精度 10 开关 汽车插头 USB 4 5V 5 25V 电流100 500mA RFIC 要求低噪声 标准IC 5V 3 3V 2 5V 1 8V Vcore 显示 LED Flash LCD OLED ELBias CCFL 马达 感性 Vibrator HDD USBHost Ports Others Tuner POWERSUPPLY CHOOSETOPOLOGY LDO 线性电源LDO 低效率 短电池寿命 效率 Vo Vin压差 Vin Vo 小尺寸 低输出电流 成本低 容易设计 输出干净 只能降压 工作在线性区相当于一个可变电阻 基准电压 并联基准具有与齐纳二极管等效功能的电压基准 必须将偏置电流设定得比最大静态电流与最大预期负载电流之和更高 由于并联基准通常是采用一个电阻器来施加偏压 因此它们能够在各种输入电压条件下操作 串联基准具有与三端稳压器相似功能的电压基准 带负载能力强 从输入电源吸收负载电流和静态电流 基准电压 开关电源 开关电源 高效率 长电池寿命 大电流 大尺寸 成本高 输出噪声 降压 升压 负压 BUCK BOOST BUCKBOOST SEPIC CUK Buck变换器 降压调节器 BUCK 开关管导通 电感激磁 电流线性上升 开关管关断 电感去磁 电流线性下降 BUCK BUCK B ton 激磁 toff 去磁 Vo toff Vin Vo tonVo D Vin其中 D Ton T忽略功率损耗 Vin Iin Vo IoIin IL Io D 恒定 伏秒值平衡 BUCK 在重负载电流时IAVE IRipple电感的电流总是由正方向流动电流不会降到0PWM控制 恒定开关频率工作改变占空式调节输出 由于开关频率固定 噪声频谱固定 噪声频谱相对窄 使用简单滤波技术就可以极大程度的减小峰峰电压纹波 BUCK CCM连续电流模式 噪声不容易滤除 在轻负载电流时IAVE IRipple电感的电流 能量 完全放电到0 在电流降到0时刻 二极管自然关断 阻挡电感电流的反向流动 输出由电容提供 纹波大 开关频率及输出电压和负载电流相关 BUCK DCM不连续电流模式 CCM DCM BUCK CCM有最小输出负载电流要求 输出负载电流下降从CCM DCM 输出电容纹波 注意 iL Io时Cout充电 方法2 积累电荷 方法1 在充电时间积分 考虑ESR BUCK 最恶劣情况 U UO1 UO2 临界工作模式 介于DCM和CCM边界 DCM 1伏秒值平衡 2功率平衡 BUCK 同步Buck变换器1续流二极管换为功率MOSFET2应用于低电压大电流低电压 低占空比 续流管导通更长时间3高效率 BUCK 大的输出电流时 同步管用几个MOSFET并联以减小导通电阻同时有利于散热 功率MOSFETVDDS Vinmax IDmax Io I 2 BUCK 元件选取 续流二极管或同步MOSFETVRRM或VDDS Vinmax IF AV 或IDmax Io 1 D 电感L VODMIN f I I 0 2 0 4IO 饱和电流Isat Io I 2 PCB 输出地回路电流连续 输出地为干净地 以D的正极为单点地 BUCK变换器轻载时操作控制技术 BUCK 1强迫CCM模式2跳脉冲模式 定频DCM到变频 3突发模式BurstMode 电感中的电流在一个开关周期中的某一段时间内可以反向流动 允许电感电流反向流动优点输出纹波电压和频率在整个负载变化范围内恒定 容易滤除噪声适合于通讯等要求干扰噪声低的应用 0 BUCK 强迫CCM模式 对于同步BUCK当电感的电流为0时 同步MOSFET仍然导通 电感电流反向激磁 电感电流反向流动 环流产生功率消耗从而降低效率 允许调节器跳掉一些不需要的脉冲 从而极大的提高轻载的效率一个脉冲将对输出电容充电维持足够的输出能量 从而可以跳掉一个或几个脉冲 当输出电压降到调节的阈值电压以下时 一个新的脉冲开始输出电压纹波频率与负载电压成正比 在脉冲之间只有静态电流Iq产生的功耗 只对输出电压进行处理 不需要对检测的电流进行处理 提高了轻载时效率但噪声大 因为实际的开关频率不固定 0 BUCK 跳脉冲模式 缩短激活模式的时间 从而延长系统待机的时间 最低的静态电流Iq功率损耗准disable控制器 直到输出电压到达设定的下限阈值电压 滞回控制用脉冲突发抬高输出电压直到输出电压到达设定的上限阈值电压三种模式中噪声最大 需要电流检测当要求的输出电流降到内部设定的阈值时 元件关断内部的振荡器进入低电流工作状态保持低电流的工作 直到输出电压降到足够低要求另一次的电流突发 BUCK 突发模式 突发模式 跳脉冲模式 提供最好的低负载电流效率但输出电压纹波高 提供最低的输出电压电流纹波但低负载电流效率差 BUCK 突发模式具有最高轻载效率 其次是跳脉冲模式 强迫CCM模式轻载效率最低 强迫CCM模式具有最好轻载调整率 其次跳脉冲模式 突发模式轻载调整率最差 效率与轻载调整率 BUCK BUCK变换器控制方法 BUCK 1电压模式2电流模式 峰值电流 平均电流 谷点电流 Vin L C rc R Vo PWM d d Comparator slope Comp Vref R1 R2 误差放大器补偿 功率级 控制对输出 vc VFB d k Vc 电压模式控制BUCK变换器 BUCK BUCK 优点 不需要精密的电流检测电阻供最缺点缺点1环路增益是输入电压的函数 需要输入电压前馈2环路增益是输出电容ESR的函数 需要仔细设计补偿环路3电流检测 限流控制缓慢不准确4如果多个电源和多个并联相位操作 需要外部电路进行均流控制 电压模式控制BUCK变换器 Vin L C rc Rsense R Vo PWM d vo d 比较器 slopecomp vc gm Ro Cth Rth Cthp 补偿网络 Vref R1 R2 C1 C2 Kref s igm veain iLfeedback ITH EAIN Ki 误差放大器 峰值电流模式控制BUCK变换器 BUCK BUCK 优点 1内在固有的精确 快速脉冲限流2真正的电感电流软起始3对于所有陶冶电容容易设计补偿环路4易实现多个相位 多个变换器并联操作得到更大输出电流5精确 快速的电流均流6可靠性高缺点需要精密的电流检测电阻 影响效率和成本 峰值电流模式控制BUCK变换器 BUCK 优点 准确的电流检测缺点1需在电流平均化处理 即电流误差放大器 2响应慢3需要精密的电流检测电阻 影响效率和成本 平均电流模式控制BUCK变换器 应用 APFC的CCM模式 L C rc R Vo PWM d vo d Comparator vIth gm Ro Cth Rth Cthp Vref R1 R2 C1 Kref s igm veain iLxRds on ITH EAIN 补偿网络 误差放大器 谷点电流模式控制BUCK变换器 BUCK VIth Io iL iLXRds on VIth iLXRds on 上管导通固定时间 下管变化导通时间 下管变化导通时间调节输出电压VO 上管驱动信号 BUCK 同步管开始导通 同步管关断 iL Io 谷点电流模式负载从0A跳到5A 峰值电流模式负载从0A跳到5A 从当前的脉冲周期响应 从下一个脉冲周期响应 快速负载响应 电感的电流波形 BUCK 两种控制定频工作 时钟沿关断功率管 谷点电流处开通功率管变频工作 开通功率管 到固定的导通时间时关断功率管 谷点电流处开通功率管变频工作1宽输入电压2不需要电流检测电阻 快响应3低占空比易检测电流4变频工作电感设计不易优化5要限制高的占空比和最大频率6多相工作不能准确均流 多相工作PCB设计要仔细 BUCK 谷点电流模式控制BUCK变换器 1电流模式仅需陶瓷输出电容和ICVC管脚处简单RC网络就能对两个以上输出负载瞬态作出稳定响应 与电压式控制