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文档简介
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,DCM4.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
Thefuturepowersolutions目录:ThefuturepowersoBuck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电路原理分析一、Buck电路原理图Buck电路,又称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,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ReturnToPage6Buck电路原理分析二、Buck电路工作原理1、基本工作原理LNBuck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ReturnToPage6LNBuck电路原理分析二、Buck电路工作原理1、基本工作Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM1、CCMMode:关键点原件波形见图四图四ReturnToPage7Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM1、CCMMode:开关管Q1导通时,根据KVL定律:即→为Q管导通时间,所以,,T为工作周期,D为占空比:①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,有即②①,可以得出:=②伏秒积平衡Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,Buck电路原理分析1、CCMMode:三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM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:
,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,Buck电路原理分析1、CCMMode:三、Buck电路的Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM2、BCMMode: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,Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM2、BCMMode: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: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,Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM3、DCMMode: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,Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM3、DCMMode: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电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,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:参考图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,Td<T(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电路原理分析四、外为参数与系统工作模式的关系:1、如Buck电路原理分析五、BUCK电路仿真验证:图七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=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,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电路原理分析上述电路中基本参数设置:1、BCM模式仿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电路原理分析蓝色:电感电流蓝色:电感电流图八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2、CCM模式仿真验证:在上述BCM分析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电路原理分析蓝色:电感电流图九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=2.353A,Vo=6.120VBuck电路原理分析3、DCM模式仿真验证:在上述BCM分析蓝色:电感电流
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