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      一文理解BUCK電路的降壓原理

      發布時間:2022-11-17 責任編輯:lina

      【導讀】BUCK電路和BOOST電路用到的器件幾乎一樣,如果理解了BOOST電路的升壓原理,其實BUCK的降壓原理也是很容易理解的。


      前段時間講過了BOOST電路,現在該輪到講BUCK電路了。


      BUCK電路和BOOST電路用到的器件幾乎一樣,如果理解了BOOST電路的升壓原理,其實BUCK的降壓原理也是很容易理解的。


      下面簡單的講一下BUCK電路。


      一文理解BUCK電路的降壓原理


      圖示為簡單的BUCK電路圖。


      此電路具有電源,開關管,電感,二極管 電容,負載電阻器件。


      其中,開關管選用的為MOS管,也可以選擇三極管。其源極接PWM波。PWM的高低起伏控制著MOS管的導通與斷開。


      電感:可以將電能轉換為磁能存儲起來,也可以將磁能轉換為電能進行釋放。在整個電路中,需要注意到以下兩點:


      1 電感在進行儲能與釋放能量時,其極性會發生反向。

      2 電感電流不能突變,其只能線性放大和減小。這個從電感的公式Ldi/dt=U就能看出來。


      電容:具備儲能與釋放能量的特點,與電感相反,其極性不會發生變化。當外部電壓大于電容電壓時,其進行充電,當外部電壓小于電容電壓時,其開始放電。


      二極管:具有單向導通,反向截止的特性。部分電路中,也有將此二極管改為MOS管的,我們稱之為同步BUCK電路。然而我們今天要講的是異步BUCK電路。


      為了更好的講解電路,還是分為兩個階段進行講解。


      下面以理想狀態下,對電路進行分析。


      MOS管導通


      一文理解BUCK電路的降壓原理


      當MOS管導通時,電流流向如圖所示。


      此時V1為整個電路進行供電,電感L1將電能轉換為磁能進行儲能。其極性表現為左端正極,右端負極。電容此階段開始充電。電路輸出電壓UO1。電感兩端的壓差等于V1- UO1。


      MOS管斷開


      一文理解BUCK電路的降壓原理


      當MOS管斷開時,電流流向如圖所示。


      此時電感相當于電池,對外進行放電。因為電感電流不能突變,所以流經電感的電流流向不變。極性發生變化,表現為左負右正。此時二極管起到了續流的作用。此時輸出電壓為UO2。


      UO1= UO2。


      當開關閉合與斷開的瞬間,電感極性會發生偏轉,此時負載由電容供電。


      前面我們提過,電感的秒伏定理。根據電感的秒伏定理可知:


      UO2(1-D)T= (V1-UO1)DT

      即簡化一下:UO1(1-D)=(V1- UO1)D

      UO1=DV1


      因為D永遠小于1,所以UO1永遠小于輸入電壓V1。


      為了更好的明白BUCK電路,我們可以這樣理解。假設我們想要指定的電壓Uo輸出。


      在MOS管閉合時,因為電感電流不能突變,其右端電勢也只能隨著電源供電儲能,右端電勢從0V逐漸升高,當升高至Uo以上時,MOS管瞬間斷開,停止輸出電壓的繼續升高,此時輸出電壓略高于設定值。


      在MOS管斷開后,其開始釋放能量,當右端輸出電壓低于Uo時,MOS管瞬間再閉合,阻止輸出電壓的繼續下降。


      來回反復的循環,使得輸出電壓始終保持在Uo上下輕微的徘徊,而這種徘徊的壓差可以理解為我們常說的紋波值。其可以通過調整輸出電容的參數來降低紋波,保持穩定的輸出電壓。


      一文理解BUCK電路的降壓原理


      由于二極管以及MOS管都為非理想狀態,所以輸出電壓與上述公式計算存在偏差。所以。為講究效率,二極管以及MOS管 電感的選擇也是非常的重要的,后面的文章我再進行講解。


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