BUCK-电源工作原理

Buck电路工作原理分析：

2021/5/91..2021/5/92Buck电路工作原理分析：VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VoIoD1-DT根据L的伏秒平衡原则：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin*DL*ΔIo=Vo*(1-D)TIs根据L在1-D时间的基本方程：ΔIo=Vo*(1-D)T/L2021/5/93Buck电路工作原理分析.2021/5/94Buck电路工作原理分析电感电流：（开关管ON）

DeltaILon=(Vin-Vo)*Ton/L2021/5/95Buck电路工作原理分析电感电流：（开关管OFF）

DeltaILoff=Vo*Toff/L2021/5/96Buck电路工作原理分析电感电流：2021/5/97Buck电路工作原理分析输出电容的电流波形：电感电流：输出电容电流：要选择工作纹波电流大，ESR小的输出电容，为降低输出纹波电压，可用多个小容量的电容并联使用。2021/5/98Buck电路工作原理分析根据负载大小变化，BUCK电源工作在CCM与DCM两种状态。CCM:ContinuousCurrentModeDCM:DiscontinuousCurrentMode在CCM模式，电感电流在整个周期内都时连续的，Po=1/2*L*(IL12-IL22)在DCM模式，一个周期内，有段时间电感电流为零。Po=1/2*L*IL2=V02/RIL=sqrt(2*Vo2/LR)=2021/5/99两种模式下的工作电流波形：.2021/5/910Buck电路工作原理分析电感电流波形：CCM2021/5/911Buck电路工作原理分析电感电流波形：DCM2021/5/912Buck电路工作原理分析由上可知，电感电流由直流（Io）和纹波电流（）两部分组成；在CCM模式，电感电流随负载电流变化，但纹波分量并不改变，由此可以看出负载变化时占空比不变。当负载减小到使电感电流从刚好零开始时，此为CCM与DCM转换的临界状态。进一步减小输出负载，此时并不需要很大的电感电流维持输出功率，电感开始减小，占空比也减小，而电感也在开关管下次导通之前电流降为零。电路进入DCM模式，在此模式下，占空比随着负载变化而变化。2021/5/913Buck电路工作原理分析模式间转换过程：DCM模式，电感电压不为零？2021/5/914Buck电路工作原理分析模式间转换过程：2021/5/915同步整流电路分析非同步整流电路结构简单，容易驱动，但因作为续流的肖特基二极管管压降大，功率损耗较大，导致整个电源效率降低，所以一般用在输出电压较高，输出电流较小的场合；而对于用在低电压，大电流的场合，如CPU的供电电源则需用同步整流电路。2021/5/916两种电路比较：.2021/5/917.同步电路应用实例：2021/5/918同步整流电路特点：同步整流电路用下MOS管代替开关换器的续流二极管，其导通电阻小，大大降低了整流损耗，提高了电源效率。因下管作续流管用，所以要求其体二极管的反向恢复电荷小，栅极电阻小，用开关特性好等。为一避免上下管同时导通，要求两管的驱动信号间须留有一死区时间，在死区时间内，电流从下管的体二极管内流过，增加了损耗。2021/5/919同步整流电路特点：在稳态时，电感电流上升和下降的变化量是相等的，但上下管导通时间不同，两管的电流有效值也不同，导通时间越长，电流有效值大，管子发热也大。根据上图计算上下管的电流有效值：

Irmsup/Irmsdn=sqrt(D/(1-D))Vcore=Vin*D=>D=Vcore/Vin=1.6/12=0.133代入上式：Irmsup/Irmsdn=sqrt(0.133/(1-0.133))=0.4Irmsdn=2.5Irmsup

所以下管必须用电流容量更大的管或双管并联。2021/5/920.避免双管同时导通：2021/5/921多相变换器.2021/5/922.多相变换器做优点：将变换器产生的热量分布在各相电路上，而且散热面积大，不用散热片。各相电流叠加后纹波减小，降低了输出电压纹波幅度，减少了输出电容的数量。减小了单相大电流时多管并联的设计难度和对磁芯的要求。降低了各相变换器的工作频率，减小元件分布参数的影响及干扰。2021/5/923CPU电源解析：.2021/5/924主变换电路：.2021/5/925电路分析：当电路中上管导通时，源极电压等于电源输入电压，因此驱动管的栅极电压=Vin+Vgs,IC不能直接驱动，IC内部将上管的驱动路采用浮地的方式，外接自举电容组成偏置电路来驱动上管。2021/5/926上管驱动原理：．2021/5/927.MOS管的驱动电路：2021/5/928控制部分：.2021/5/929PWM调制原理.2021/5/930

PWM调制原理

CPU工作时会根据负荷的大小发出一组VID代码给电源IC，经过数/模转换后，得一模拟电压值，即为CPU所需的工作电压。电源IC以此电压为参考值，将之与CPU实际电压信号的差值进行放大，得到误差信号Vcomp,再与电源IC内部产生的锯齿波信号进行比较，产生PWM信号，控制开关管的关断，使输出电压调整到符合VID相应的电位。2021/5/931.稳压原理：2021/5/932..2021/5/933.限流检测(限流）：2021/5/934.电流检测（通道平衡）：2021/5/935主板电源类型：.2021/5/936.通道电流平衡：为使每通道的达到热平衡，需要每通道的电感电流大小一致，IC内部处理方式：采样每通道的电流，将各通道电流求和平均，与相电流相减，产生一个误差信号Ier，再和Vcomp相减，调整各相PWM宽度，达到电流平衡，各相Ier为零时，则电流达到了平衡。电流平衡是通过检测流过下管Rds(on)来实现的。2021/5/937此外，为提高电源工作的可靠性，还需有UVP，OVP，OCP等功能，这此功能都集成到芯片内部。2021/5/938应用实例.2021/5/939.输出电压Vo:IC内部集成了一个有关0.9V基准电压的误差放大器,所以:Vo=0.9*(R497+R501)/R501=2.5V2021/5/940.根据以下条件计算相关参数：Vin=5VVo=2.5VIo=3.0AFs=300KHz根据前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5Ton=0.5/300000=1.67uS设：ΔIo=Io*10%=3.0*30%=0.9AL=(Vin-V0)*Ton/ΔIo=(5-2.5)*1.67/0.9=4.7uH2021/5/941.Buck电路特点:效率高,可靠性好工作频率高,使电路中电压/电流波形的快瞬变化,产生电磁幅射干扰.元件布局和PCB布线难度较大.输出电压纹波比较大.电路复杂,成本高.2021/5/942.线性电源2021/5/943线性电源分类：.2021/5/944线性电源线性电源特点：电路简单，不会产生干扰，输出纹波小，调整管工作在放大状态，功耗大，效率低，发热量大，降低了元件的可靠性，因此线性适合用于输入/输出压差小，电流小的场合。2021/5/945线性电源：OP+MOS形式.2021/5/946线性电源注意事项：

Vo=2.5*R585/(R584+R585)ID>IomaxPD>(Vin-Vo)*IomaxVg>Vo+Vgs保证漏源极间的压差使MOS管工作在放大状态:当输出为静态负载时，可在IC一二脚间并联一小电容，减小输出纹波；动态负载时则不需此电容，以提高电路的动态响态速度。2021/5/947

MOS管的工作状态：

vDS/V

iD2021/5/948.线性电源2021/5/949.求复合管的输出电压：根据上图得NPN管的Vb=R235/(r234+R235)=2.2V则Vo=2.2V-0.7V=1.5V分析此问题时，忽略了Ib的影响，因此在确定电路参数时，使IR235>>Ib,在输出负载