BUCK電路工作原理解析

一、Buck電路原理圖

Buck電路，又稱降壓電路，其基本特征是DC-DC轉(zhuǎn)換電路，輸出電壓低于輸入電壓。輸入電流為脈動的，輸出電流為連續(xù)的。

二、Buck電路工作原理

1、基本工作原理分析

當(dāng)開關(guān)管Q1驅(qū)動為高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，儲能電感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。等效電路如圖二

當(dāng)開關(guān)管Q1驅(qū)動為低電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，儲能電感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，等效電路如圖三

三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM

1、CCM (ContinuousConduction Mode),連續(xù)導(dǎo)通模式：在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感電流從不會到0?；蛘哒f電感從不“復(fù)位”，意味著在開關(guān)周期內(nèi)電感磁通從不回到0，功率管閉合時(shí)，線圈中還有電流流過。

2、DCM，(Discontinuous Conduction Mode)非連續(xù)導(dǎo)通模式：在開關(guān)周期內(nèi)，電感電流總會會到0，意味著電感被適當(dāng)?shù)亍皬?fù)位”，即功率開關(guān)閉合時(shí)，電感電流為零。

3、BCM（Boundary Conduction Mode），邊界或邊界線導(dǎo)通模式：控制器監(jiān)控電感電流，一旦檢測到電流等于0，功率開關(guān)立即閉合。控制器總是等電感電流“復(fù)位”來激活開關(guān)。如果電感值電流高，而截至斜坡相當(dāng)平，則開關(guān)周期延長，因此，BCM變化器是可變頻率系統(tǒng)。BCM變換器可以稱為臨界導(dǎo)通模式或CRM（Critical Conduction Mode）。

BCM

1、CCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)波形

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。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。參照圖四電感電流波形，一個(gè)周期內(nèi)面積為

BCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)波形

可以得知電感最小電流逐漸減小到零時(shí)，工作模式也逐漸從CCM進(jìn)入BCM。根據(jù)伏秒積平衡 ：

DCM Mode：關(guān)鍵點(diǎn)波形

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)伏秒積平衡有：

同樣，在一個(gè)周期對電感電流進(jìn)行分析：

四、外圍器件參數(shù)對系統(tǒng)工作模式的影響：

五、BUCK電路仿真驗(yàn)證：

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

參照圖九，可以得出仿真結(jié)果，

審核編輯：湯梓紅