Buck电路工作原理详解

1、 目录目录: 1. BUCK1. BUCK电路原理图电路原理图 2. BUCK 2. BUCK电路工作原理电路工作原理 3. 3. BuckBuck电路的三种工作模式：电路的三种工作模式：CCMCCM，BCMBCM，DCMDCM 4. BUCK 4. BUCK电路外围参数与系统工作模式的关系电路外围参数与系统工作模式的关系 5. BUCK5. BUCK电路仿真验证电路仿真验证 BuckBuck电路原理分析电路原理分析一、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BuckBuck电路原理分析电路原理

2、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Return To Page 6LNBuckBuck电路原理分析电路原理分析二、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 6BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM1

3、、CCM Mode：关键点原件波形见图四图四Return To Page 7BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM1、CCM Mode：开关管Q1导通时，根据KVL定律：0VdiVOLindtL即VVioinLtLtLVVioinL为Q管导通时间，所以， , T为工作周期，D为占空比：tDTtTDLVVioinL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VdioLdtL即DTLVioL1，可以得出：DVVino伏秒积平衡伏秒积平衡BuckBuck电路原理分析电路原理分析1、CCM Mode：三、Buck电路的三种工作

4、模式：CCM，BCM，DCM2maxminIIILLoTS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 TDTDTSIIIIIILLLLLL2122maxminmaxminmaxmin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： TdttiITAV0，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，BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM2、BCM Mode：关键点原件波形见图五图五BuckBuck电路原理分析电路原理分

5、析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM2、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BCM。根据伏秒积平衡 ：in*1oOTDTDVVVVVoinD同样，在一个周期进行分析，maxmax22LLoTTIIIBuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCM Mode：关键点原件波形见图六图六BuckBuck电路原理分析电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM3、DCM Mode：由图六可知，电路系统工作在DCM模式下，需要满足两个

6、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：in*doOTDVVVTonoinondTVVTT同样，在一个周期对电感电流进行分析：max*2LdoTDITITBuckBuck电路原理分析电路原理分析四、外为参数对系统工作模式的影响：图六BuckBuck电路原理分析电路原理分析四、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：minmaxminmax22LLLLdoTDTTIIIITIminmax2oLLdTTDIIIT即LinodLVVdti当Q管导通时maxminLLinoLTDIIVVmaxminin

7、oLLTDVVIIL即minmin2inooLLdTDVVTTDIIITL2222minmin222oLinodLinoTLTDLVVIIT DT DTLTDTDVVIBuckBuck电路原理分析电路原理分析四、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 0，Td=T(1-D),即min02inooLdTDTVVIITDLT2inooTDVVLIBuckBuck电路原理分析电路原理分析五、BUCK电路仿真验证：图七BuckBuck电路原理分析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

8、；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，(105) 0.580,0.78202oouHAIKHzI因此，电阻可定义为56.410.78ooVRI通过上述参数定义以及计算，可以得到相关参数的理论值：maxmin10 0.55 ,20.78 21.56 ,0LoLoinDVAAVVIII参照图八，可以得出仿真结果，maxmin4.867 ,1548,10.729LLoVmAmAVII BuckBuck电路原理分析电路原理分析蓝色：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

9、BuckBuck电路原理分析电路原理分析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：maxmin10 0.55 ;22 0.781.56LLooinDVAVVIII 参照图九，可以得出仿真结果，maxmin4.8034.803 ,1.2880.1781.466226.41LLooVVAAAVIIIBuckBuck电路原理分析电路原理分析蓝色：电感电流红色：电感电压绿色：开关驱动棕色：输出电压图九BuckBuck电路原理分析电路原理分析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。oninondTVVoTTmax*2LdoTDITIT由图十的仿真波形可以得出，消磁时间Td=16.311uS,ILmax=2.353A,Vo=6.120V500.5106.056.120500.5 16.311oninoonduSVVVuSuSTVVTT6.1202.353(500.5 16.311)0.9550.97