BUCK電源案例之三角波原理

我們確定了Buck拓?fù)渲衅骷牡?a target="_blank">參數(shù)，如圖一示，接下來(lái)分析一下Nmos管NO和OFF時(shí)電路的狀態(tài)，當(dāng)N管導(dǎo)通時(shí)，S端的電壓為30V，而Vgs閾值電壓是3V，那也就是說(shuō)需要G點(diǎn)的電壓達(dá)到33V，N管才會(huì)導(dǎo)通，那輸入電壓才是30V哪里來(lái)的33V呢，如果再做一個(gè)升壓電路或者其他方式得到一個(gè)33V電壓那是不是成本會(huì)升高，這不是我們追求的，所以需要另想辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，來(lái)看一下N管的閾值電壓是3V那也就是說(shuō)Vgs壓差到達(dá)3V就可以，注意的這里說(shuō)的是壓差，不是對(duì)地壓降，那我們是不是可以把S端作為N管導(dǎo)通的“地”呢，在這里的地不是真正的地只是一個(gè)參考地，那來(lái)看一下圖二示用AGND表示。

（▲圖一）

（▲圖二）

那是不是N管的前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路都要踩在這個(gè)AGND上才可以，為什么這樣說(shuō)呢，來(lái)看一下，假設(shè)有個(gè)一占空比40%的方波，高電平12V低電平0V,踩在絕對(duì)地上，接在G端，初始上電Vgs>3V,N管導(dǎo)通，通過(guò)電感給電容充電，但是N管一但導(dǎo)通，S端的電壓就會(huì)瞬間上升到30V，此時(shí)Vgs<3v，N管關(guān)斷，因?yàn)镺N時(shí)，給輸出電容充的有電，那OFF時(shí)就會(huì)產(chǎn)生續(xù)流回路，S端會(huì)是-0.7V電壓，此時(shí)Vgs>3V,N管會(huì)再次導(dǎo)通，如此周而復(fù)始，MOS管無(wú)法正常導(dǎo)通，輸出電壓也無(wú)法達(dá)到要求,而且這個(gè)過(guò)程中MOS管處于放大狀態(tài)，極易損壞，所以想要MOS管持續(xù)穩(wěn)定導(dǎo)通，需要滿足Vgs≥3V，所以需要以S端為地，踩在S端需要G端電壓根據(jù)S端電壓變化而變化，那我們來(lái)看一下圖三示，一個(gè)小船攜帶12V的電壓漂浮在海平面上與海平面形成12V壓差。

（▲圖三）

當(dāng)海平面的海水發(fā)生變化潮起潮落時(shí)如圖四示，小船的高度也會(huì)隨之發(fā)生改變，但是小船和海平面始終保持12V壓差，那回到我們電路中來(lái)什么器件能儲(chǔ)存電壓，是不是電容呢？

（▲圖四）

接下來(lái)看看這個(gè)電容該怎么接,踩在S端隨波逐流如圖五示，這個(gè)電容就是自舉電容,只有這樣當(dāng)MOS管導(dǎo)通時(shí)，S端為1V時(shí)，G端為13V,S端為5V時(shí)，G端為17V,S端為30V時(shí)，G端為42V,也就是說(shuō)需要G端電壓跟隨S端電壓變化而變化。

（▲圖五）

我們確定了Buck拓?fù)渲衅骷牡膮?shù)知道MOS管的導(dǎo)通條件，接下來(lái)看看前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路該怎么設(shè)計(jì)，之間分析Buck拓?fù)涞臅r(shí)候說(shuō)過(guò)，開(kāi)關(guān)需要按照周期性的通斷才能保證電感不飽和、不損壞，那這個(gè)PWM的波形該怎么實(shí)現(xiàn)呢？

PWM波實(shí)際上也叫方波，是一個(gè)數(shù)字輸出，只有高低兩個(gè)狀態(tài)，那能輸出高低電平的器件是什么呢？是不是比較器啊，比較器輸出是一個(gè)方波那比較器的輸入是什么呢？

比如說(shuō)比較器輸出高時(shí)，那是不是正輸入端高于負(fù)輸入端，如果比較器的正輸入端電平可以移動(dòng)，那是不是可以改變比較器輸出高電平的時(shí)間，那來(lái)看一下比較器的負(fù)輸入端，輸出是PWM波，那輸入肯定有一個(gè)周期性的波形，不然無(wú)法輸出有周期性的波形，那周期性的波形有哪些呢，方波、三角波、鋸齒波、正弦波等等，那這幾種波形哪個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)更好做是不是三角波更容易一些。

如何得到三角波

我們BUCK的占空比是40%是一定的，那也就是說(shuō)三角波的頻率也是一定的，那想要三角波頻率一定需要怎么做呢？我們來(lái)看下圖六示，第一個(gè)波和第二個(gè)波的斜率是相同的但是幅值不同，頻率也會(huì)不同，看一下第一個(gè)和第三個(gè)波形幅值相同，斜率不同，頻率也不相同，所以得出一個(gè)結(jié)論，想要頻率一定的話需要保證幅值、斜率都是相同的，這樣才能才能保證頻率是相同的，如圖七示，那可以用什么器件實(shí)現(xiàn)呢？

（▲圖六）

（▲圖七）

可以使用電容是吧，但是電容的充電波形和放電波形都是有大拐角的如圖八示，畫(huà)的和實(shí)際上有偏差，作為說(shuō)明理解是可以使用的，怎樣才能避開(kāi)這個(gè)大拐角呢？

（▲圖八）

是不是要讓電容上的電充不滿，也放不完，如圖九示是不是需這段時(shí)間內(nèi)電容的充放電斜率是很陡的，近似看做直線。

（▲圖九）

我們把充放電的斜率往右移一點(diǎn)再看圖十示,在到達(dá)充電大拐角之前打開(kāi)放電回路，那電容的電會(huì)往下降就避開(kāi)了充電大拐角，在放電過(guò)程中未到達(dá)放電大拐角時(shí)打開(kāi)充電電路，那電容的電壓會(huì)往上升，如此往復(fù)循環(huán)就會(huì)在電容上形成一個(gè)三角波。

（▲圖十）

這里充電和放電電壓是兩個(gè)閾值電壓，高于多少電壓放電，低于多少電壓充電，我們說(shuō)三角波每個(gè)周期都是固定的，那是不是也需要每個(gè)周期的充電回路不變，那每個(gè)周期的放電回路也是不變的，結(jié)論就是充電阻抗和放電阻抗在每個(gè)周期都是不變的。

綜合上面的信息，有兩個(gè)閾值是不是很容易就想到了雙閾值電路，滯回比較器呀，當(dāng)然也可以使用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)雙閾值因?yàn)檩敵龇讲ㄎ覀円呀?jīng)使用一個(gè)比較器了，所以這里我們繼續(xù)選擇使用比較器，我的恩師曾說(shuō)過(guò)，有好的思路才能有好的電路，如今思路我們已經(jīng)有了，接下來(lái)就開(kāi)始用電路實(shí)現(xiàn)我們的思路。

　　審核編輯：湯梓紅