buck變換器的工作原理和降壓原理等資料詳細概述

　　對于變換器，大家自然較為熟悉。為增進大家對變換器的認識，本文將對buck變換器進行全面講解。本文中，你將學到buck變換器的工作原理、buck變換器的降壓原理、buck變換器的工作過程以及如何進行buck變換器設(shè)計。如果你對變換器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

　　一、Buck變換器三種稱法

　　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。

　　二、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)動電路。

　　三、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Buck變換器基本工作原理的分析，我們首先作以下幾點合理的假設(shè)：

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

　　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，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。

　　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。

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

　　如圖1所示，當開關(guān)元件M1導通時，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對輸出電壓OV進行采樣得到電壓信號SV，并與參考電壓refV比較放大得到信號。如圖1（a）所示，信號eaV和線性上升的三角波信號trV比較。當eatrVV》時，控制信號WMV和GV跳變?yōu)榈?，開關(guān)元件M1截至。此時，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，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)一直保持到下一個周期的開始，當又一次滿足條件treaVV《時，開關(guān)元件M1再次導通，重復上面的過程。

　　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）導通：二極管D1截止;電感電流線性增加并儲能;電容充電儲能;輸出電壓Vo。

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

　　四、Buck變換器的兩種工作模式

　　按電感電流1LI在每個周期開始時是否從零開始，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。下面分別對這兩種工作模式進行分析。

　　圖4 Buck變換器的主要工作波形圖

　　五、buck變換器設(shè)計

　　BUCK變換器在一些大功率的開關(guān)電源電路設(shè)計中，是非常常見的設(shè)計元件之一，其本身具有高轉(zhuǎn)化率、高適應(yīng)性等優(yōu)勢，能夠為工程師的產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)帶來極大幫助。本文教大家自制buck變換器。

　　（一）控制回路的設(shè)計

　　控制回路的原理圖如下圖所示：

　　控制回路的原理圖

　?。ǘ┲骰芈返脑O(shè)計

　　主回路電路圖如下圖所示：

　　主回路電路圖

　?。ㄈ┲骰芈?a target="_blank">參數(shù)的計算

　　輸入電壓選定為20V。因為輸入Vs=20V，輸出V0=10V，所以D=1/2。由于開關(guān)頻率是30KHz。

　　由于瞬時電流（最大電流）不能超過0.5A，所以根據(jù)

　　可以得到L》=3.3*10^3H?，所以選取電感681又由于

　　得R》=40，所以選取電阻為47Ω。

　　要求電流連續(xù)，所以