電源設(shè)計(jì)_BUCK電路（一）

基本概念

BUCK電路：又稱為降壓電路。其基本特征是DC-DC轉(zhuǎn)換電路，輸出電壓低于輸入電壓，輸入電流是脈動(dòng)的，輸出電流是連續(xù)的。

工作原理

另外還有BOOST和BUCK-BOOST電路，這里暫不做分析，降壓電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：（Vout《Vin）

圖一

當(dāng)開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)為高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感L1被充磁，流經(jīng)電感的電流線性增加，同時(shí)給電容C1充電，給負(fù)載R1提供能量。等效電路如下圖

圖二

當(dāng)開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)為低電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，儲(chǔ)能電感L1通過續(xù)流二極管放電，電感電流線性減少，輸出電壓靠輸出濾波電容C1放電以及減小的電感電流維持，等效電路如下圖。

圖三

工作模式

buck電路有三種工作模式：CCM，BCM、DCM。

1、CCM Mode （連續(xù)模式）：電流從某一非零值上升，電感電流的峰峰值的最小值大于0。

圖四

開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)KVL定律：

負(fù)載電流Io與電感電流的關(guān)系，在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行分析，負(fù)載電流即為在一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值，參考圖四，電流的平均值在數(shù)學(xué)上的表達(dá)式為：

即在一個(gè)周期內(nèi)電流函數(shù)曲線與時(shí)間軸所圍成的面積除以周期為電流的平均值，參考圖四電感電流波形，一個(gè)周期內(nèi)面積為

由上得出平均電流為

2、BCM MODE（臨界導(dǎo)通模式）：電流從零值上升，電感電流的峰峰值的最小值等于0

圖五

參照?qǐng)D四和圖五的電流電感的波形，可以得知電感最小電流逐漸減小到0時(shí)，工作模式也逐漸從CCM進(jìn)入BCM，根據(jù)伏秒積平衡：

同樣的在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行分析：

3、DCM mode（斷續(xù)模式）：一個(gè)周期內(nèi)不是一個(gè)完整的三角波，有一段時(shí)間電感電流的值為0

圖六

從圖六可知，電路系統(tǒng)工作在DCM模式下，需要滿足兩個(gè)條件：

一、電感充磁開始以及消磁結(jié)束時(shí)流經(jīng)電感的電流為零

二、電感消磁時(shí)間小于開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間。

根據(jù)伏秒積平衡：

在一個(gè)周期對(duì)電感電流進(jìn)行分析：

外圍參數(shù)對(duì)系統(tǒng)工作模式

一、外圍參數(shù)對(duì)系統(tǒng)工作模式的影響

圖七

二、外圍參數(shù)對(duì)系統(tǒng)工作模式的關(guān)系

參考圖七在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)電感電流進(jìn)行分析，

BUCk電路仿真驗(yàn)證

圖八

上述電路中，驅(qū)動(dòng)波形，V=14V。F=20kHZ，D=50%，輸入電壓Vin=10V,電感L=80uh.

1、BCM模式下仿真驗(yàn)證，根據(jù)電路系統(tǒng)工作在BCM模式下進(jìn)行理論計(jì)算：

圖九

2、CCM模式仿真驗(yàn)證：在上述BCM分析的基礎(chǔ)上，得出儲(chǔ)能電感的電感量80uH為臨界點(diǎn)，由系統(tǒng)工作在CCM的條件，可以將儲(chǔ)能電感電感量設(shè)置為120uH，理論計(jì)算

參照?qǐng)D十，可以得出仿真結(jié)果

圖十

3、DCM模式仿真驗(yàn)證：在上述BCM分析的基礎(chǔ)上，得出儲(chǔ)能電感的電感量80uH為臨界點(diǎn)，由系統(tǒng)工作在DCM的條件，可以將儲(chǔ)能電感電感量設(shè)置為40uH。重點(diǎn)驗(yàn)證輸入輸出電壓關(guān)系以及輸出平均電流關(guān)系。

由圖十一的仿真波形可以得出，消磁時(shí)間Td=16.311us，ILmax=2.353A ,Vo=6.12V

圖十一