buck电路原理(包你明白)课件

PowerSupply电源ByAdlsongPowerSupplyByAdlsong放电电池Li+/Li-Poly3~4.2V

NiMH/Akaline0.9~1.5V 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100/500mARFIC

要求低噪声标准IC

5V//3.3V/2.5V/1.8VVcore显示

LED/FlashLCD/OLED/ELBiasCCFL马达/感性

VibratorHDDUSBHost

PortsOthers

Tuner…POWERSUPPLY放电电池Li+/Li-PolyNiMH/Akaline太阳能CHOOSETOPOLOGYTopoLDOInductorBaseBuckBoostSepicCukBuckBoost4开关BuckBoostVo>Vin升压Vo<Vin降压Vinmin<Vo<Vinmax升降压Vo<0负压CHOOSETOPOLOGYInductorBaseBuLDO线性电源LDO①低效率,短电池寿命,效率=Vo/Vin

压差=Vin-Vo

②小尺寸,低输出电流,成本低,容易设计③输出干净④只能降压工作在线性区相当于一个可变电阻LDO线性电源LDO工作在线性区基准电压①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。

②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。基准电压基准电压基准电压开关电源开关电源

①高效率,长电池寿命,大电流

②大尺寸,成本高③输出噪声,降压/升压/负压BUCKBOOSTBUCKBOOSTSEPICCUK开关电源开关电源BUCKBOOSTBUCKBOOSTSEBuck变换器降压调节器BUCKBuck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BUCKBton:激磁toff:去磁Votoff=

(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:BUCKBton:激磁toff:去磁VotofBUCKBUCK在重负载电流时IAVE>½IRipple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。BUCKCCM连续电流模式在重负载电流时由于开关频率固定，噪声频谱固定，噪声频谱相对窄噪声不容易滤除在轻负载电流时IAVE<

½IRipple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BUCKDCM不连续电流模式噪声不容易滤除在轻负载电流时BUCKDCM不连续电流模式CCMDCMBUCKCCM有最小输出负载电流要求输出负载电流下降从CCM-DCMCCMDCMBUCKCCM有最小输出负载电流要求输出负载电流输出电容纹波: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输出电容纹波:方法2:积累电荷方法1:在充电时间积分考临界工作模式(介于DCM和CCM边界)DCM1伏秒值平衡2功率平衡BUCK临界工作模式(介于DCM和CCM边界)DCM1伏秒值平衡2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同步Buck变换器BUCK大的输出电流时,同步管用几个MOS①功率MOSFET

VDDS>Vinmax，IDmax>Io+I/2BUCK元件选取②续流二极管或同步MOSFETVRRM

或VDDS>Vinmax，IF(AV)或IDmax>Io(1-D)③电感L>VODMIN/fI，I=0.2~0.4IO，饱和电流Isat>Io+I/2④PCB：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①功率MOSFETBUCK元件选取②续流二极管或同步MOSFBUCK变换器轻载时操作控制技术BUCK1强迫CCM模式2跳脉冲模式(定频DCM到变频)3突发模式BurstModeBUCK变换器轻载时操作控制技术BUCK1强迫CCM模式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0BUCK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0BUCK跳脉冲模式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提高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I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突发模式跳脉冲模式提供最好的低负载电流效率提供最低的输出电压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BUCK变换器控制方法BUCK1电压模式2电流模式：峰值电流，平均电流，谷点电流BUCK变换器控制方法BUCK1电压模式VinLCrcRVoPWMddComparatorslopeComp.VrefR1R2误差放大器补偿功率级：控制对输出vcVCsloped·TsTsVFBd=k·Vc电压模式控制BUCK变换器BUCKVinLCrcRVoPWMddComparatorslopeBUCK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BUCK优点:电压模式控制BUCK变换器VinLCrcRsenseRVoPWMdvod比较器slopecompvcgmRoCthRthCthp补偿网络VrefR1R2C1C2Kref(s)igmveainiLfeedbackITHEAINKi误差放大器峰值电流模式控制BUCK变换器BUCKVinLCrcRsenseRVoPWMdvod比较器slopBUCK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: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BUCK优点:平均电流模式控制BUCK变换器应用:APFCLCrcRVoPWMdvodComparatorvIthgmRoCthRthCthpVrefR1R2C1Kref(s)igmveainiLxRds(on)ITHEAIN补偿网络误差放大器谷点电流模式控制BUCK变换器BUCKLCrcRVoPWMdvodComparatorvIthgmVIth

IoiLiLXRds(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VIthIoiLiLXRds(on)VIth=iLiLIo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BUCKiLIo谷点电流模式峰值电流模式从当前的脉冲周期响应从下一个两种控制

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变换器两种控制BUCK谷点电流模式控制BUCK变换器1