buck變換器工作原理_Buck變換器的降壓原理分析

1、Buck變換器另外三種叫法

1.降壓變換器：輸出電壓小于輸入電壓。

2.串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源：單刀雙擲開關(guān)（晶體管）串聯(lián)于輸入與輸出之間。

3.三端開關(guān)型降壓穩(wěn)壓電源：

1）輸入與輸出的一根線是公用的。

2）輸出電壓小于輸入電壓。

2、Buck變換器工作原理結(jié)構(gòu)圖

圖1 .Buck變換器的基本原理圖

由上圖可知，Buck變換器主要包括：開關(guān)元件M1，二極管D1，電感L1，電容C1和反饋環(huán)路。而一般的反饋環(huán)路由四部分組成：采樣網(wǎng)絡(luò)，誤差放大器（ErrorAmplifier，E/A），脈寬調(diào)制器（PulseWidthModulation，PWM）和驅(qū)動(dòng)電路。

3、Buck變換器工作過程分析

圖2.Buck變換器的工作過程

為了便于對(duì)Buck變換器基本工作原理的分析，我們首先作以下幾點(diǎn)合理的假設(shè)：

1）開關(guān)元件M1和二極管D1都是理想元件。它們可以快速的導(dǎo)通和關(guān)斷，且導(dǎo)通時(shí)壓降為零，關(guān)斷時(shí)漏電流為零；

2）電容和電感同樣是理想元件。電感工作在線性區(qū)而未飽和時(shí)，寄生電阻等于零。電容的等效串聯(lián)電阻（EquivalentSeriesResistance，ESR）和等效串聯(lián)電感（EquivalentSeriesinductance，ESL）等于零；

3）輸出電壓中的紋波電壓和輸出電壓相比非常小，可以忽略不計(jì)。

4）采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2的阻抗很大，從而使得流經(jīng)它們的電流可以忽略不計(jì)。

在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上，下面我們對(duì)Buck變換器的工作過程進(jìn)行分析。

如圖1所示，當(dāng)開關(guān)元件M1導(dǎo)通時(shí)，電壓V1與輸出電壓Vdc相等，晶體管D1處于反向截至狀態(tài)，電流01?DI。電流11LMII?流經(jīng)電感L1，電流線性增加。經(jīng)過電容C1濾波后，產(chǎn)生輸出電流OI和輸出電壓OV。采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2對(duì)輸出電壓OV進(jìn)行采樣得到電壓信號(hào)SV，并與參考電壓refV比較放大得到信號(hào)。如圖1（a）所示，信號(hào)eaV和線性上升的三角波信號(hào)trV比較。當(dāng)eatrVV?時(shí)，控制信號(hào)WMV和GV跳變?yōu)榈?，開關(guān)元件M1截至。此時(shí)，電感L1為了保持其電流1LI不變，電感L1中的磁場將改變電感L1兩端的電壓極性。這時(shí)二極管D1承受正向偏壓，并有電流1DI流過，故稱D1為續(xù)流二極管。若OLII?1時(shí)，電容C1處于放電狀態(tài)，有利于輸出電流OI和輸出電壓OV保持恒定。開關(guān)元件截至的狀態(tài)一直保持到下一個(gè)周期的開始，當(dāng)又一次滿足條件treaVV?時(shí)，開關(guān)元件M1再次導(dǎo)通，重復(fù)上面的過程。

由分析可得，Buck變換器的工作過程可分為兩部分：

1）開關(guān)（晶體管）導(dǎo)通：二極管D1截止；電感電流線性增加并儲(chǔ)能；電容充電儲(chǔ)能；輸出電壓Vo。

2）開關(guān)（晶體管）關(guān)斷：二極管D1導(dǎo)通；電感釋放能量；電容放電；輸出Vo。

4、Buck變換器的兩種工作模式

按電感電流1LI在每個(gè)周期開始時(shí)是否從零開始，Buck變換器的工作模式可以分為電感電流連續(xù)工作模式（ContinuousConductionMode，CCM）和電感電流不連續(xù)工作模式（DiscontinuousConductionMode，DCM）兩種。兩種工作模式的主要波形圖如圖2.4所示。下面分別對(duì)這兩種工作模式進(jìn)行分析。

圖4 ?Buck變換器的主要工作波形圖