Buck电路工作原理详解

1、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，dcm 4. 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,the future power solutions,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，

2、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 6,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,return to page 6,buck电路原理分析,三、buck电路的三种工作模式：ccm，bcm，dcm,1、ccm mode：关键点原件波形见图四,图四,return to page 7,buck电路原理分析,三、buck电路的三种工作模式：ccm，b

3、cm，dcm,1、ccm mode,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、ccm mode,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、bcm mode：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、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bc

4、m。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、dcm mode：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、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,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

5、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，tdt(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

6、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=2.3