Buck電路的工作波形

Buck電路雖然是我們?nèi)粘９ぷ髦薪?jīng)常用到的電路，因?yàn)槠錁?gòu)造有多種情況，各個(gè)廠家有一些自己定義的命名，導(dǎo)致很多工程師理解上會(huì)有差異和錯(cuò)誤。如前文所述，Buck電路分為同步Buck控制器和非同步Buck控制器，我們分別看下兩種電路的各個(gè)環(huán)節(jié)的波形。

①非同步Buck電路

完整的非同步Buck電路如圖5.9所示。

圖5.9 非同步Buck典型電路

注意圖中，字母標(biāo)識(shí)位置。

我們先看功率路徑（能量傳遞路徑）的波形。首先輸入的是一個(gè)直流電壓Vin，電壓稍微高一些，例如直流12V、24V、48V等等。最終輸出的電壓也是一個(gè)直流電壓Vout，是我們最終生成的供電電壓，例如直流5V、3.3V等。

開(kāi)關(guān)管MOSFET在圖中為Q1， Vin接在開(kāi)關(guān)管的一端，波形如圖5.10(a)所示。通過(guò)Q1導(dǎo)通和關(guān)斷，在Phase點(diǎn)產(chǎn)生方波電壓, 波形如圖5.10(b)所示?？刂崎_(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)保持周期值不變，通過(guò)調(diào)整占空比，控制通過(guò)Q1的導(dǎo)通時(shí)間T on ，通過(guò)控制導(dǎo)通時(shí)間控制高壓的時(shí)間，來(lái)調(diào)整輸出的能量。Q1導(dǎo)通時(shí)，Phase點(diǎn)電壓為Vin（Q1導(dǎo)通時(shí)，理想狀態(tài)我們可以認(rèn)為Q1完全導(dǎo)通電阻為0），電感兩端的電壓分別為Vin和Vout，電流通過(guò)串接電感L1流入輸出端。

Q1關(guān)斷時(shí)，二極管參與電流回路，與電感串聯(lián)，通過(guò)功率電流，為輸出供電。電感L1會(huì)保持原來(lái)的電流方向，并且試圖保持原來(lái)大小，成為了一個(gè)能量提供的器件，瞬間形成了一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)。電感右邊的電壓仍然是輸出電壓，電感的左邊會(huì)從Vin瞬間變成一個(gè)負(fù)壓。二極管從截止?fàn)顟B(tài)，變成正向?qū)顟B(tài)，二極管的正端為0V（GND），它因?yàn)橛姓驅(qū)▔航担湄?fù)端的電壓是一個(gè)負(fù)壓。此時(shí)Phase點(diǎn)的電壓也就變成了一個(gè)負(fù)壓。

結(jié)合Q1開(kāi)關(guān)的過(guò)程，我們可以發(fā)現(xiàn)Q1的Phase點(diǎn)電壓波形是一個(gè)矩形波。

采樣電阻R1和R2檢測(cè)輸出電壓Vout，如圖5.10（c），兩個(gè)電阻分壓后輸出一個(gè)電壓如圖5.10（d）所示，并將其輸入誤差放大器（EA）與參考電壓Vref進(jìn)行比較，如圖5.10（e）。被放大誤差電壓Vea被輸入到脈沖調(diào)制器（電壓比較器）中。這個(gè)比較器的另一個(gè)輸入是周期為T的鋸齒波如圖5.10(f)所示，圖中的案例為幅值3V。PWM電壓比較器產(chǎn)生的矩形脈沖波。聽(tīng)從鋸齒波的起點(diǎn)開(kāi)始到鋸齒波與誤差放大器輸出電壓交點(diǎn)結(jié)束。因此PWM輸出的脈沖寬度Ton與誤差放大器EA輸出的電壓成正比，如圖5.10(g)所示。

PWM脈沖輸入到電流放大器（驅(qū)動(dòng)器）并以負(fù)反饋方式控制開(kāi)關(guān)管Q1的通斷。