Buck電路和Boost電路的工作原理

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電路原理

01Buck電路原理

Buck電路，也就是常說的降壓電路，為直流進-直流出。電路沒有變壓器，輸入輸出公共一個地。下圖為Buck電路的簡化示意圖。

1.MOS管Q開通時，電流流向如下圖紅色箭頭所示。

從左邊的Vin的正極出來，經(jīng)過MOS管Q，在經(jīng)過電感Lf，在電感Lf兩端會產(chǎn)生一個左正右負的感應(yīng)電動勢，這個時候他用來存儲能量。再過來會給負載Vo供電。同時，Vin會給Cf電容充電。最后電流在回到Vin的負極。此時二極管D沒有電流流向，不導(dǎo)通。

2.MOS管Q關(guān)斷時，電流流向如下圖箭頭所示。

在電感Lf兩端會產(chǎn)生一個左負右正的反向電動勢，此時，電感Lf釋放能量，會通過負載Vo經(jīng)二極管D形成一個通路。此時二極管D是起續(xù)流作用。同時，Cf電容會給負載Vo放電。

3.Buck電路占空比

下圖為磁性物質(zhì)的磁滯回線。電感、磁棒都屬于磁性物質(zhì)。磁滯回線表示磁場強度周期性變化時，強磁性物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線。他表明了強磁性物質(zhì)反復(fù)磁化過程中磁化強度M或磁感應(yīng)強度B與磁場強度H之間的關(guān)系。

伏秒值:伏秒積，即電感兩端的電壓V和這段時間T的乘積。

伏秒值平衡:伏秒平衡一般用在開關(guān)電路中。當(dāng)開關(guān)電路穩(wěn)定工作的時候一個開關(guān)周期內(nèi)電感的電流變化量最終為零。即開關(guān)開通的時候，經(jīng)過電感的電流增加量和開關(guān)關(guān)斷的時候，電感的電流減少量是相等的，即:△ITon=△IToff。

電感的電壓公式:V=L*di/dt=L*△I/△T，所以V(導(dǎo)通)*△Ton=V(關(guān)斷)*△Toff，即伏秒平衡。

在Buck電路中，如下圖，開關(guān)管開通的時候，磁芯激磁，電感電流增加。開關(guān)管關(guān)斷的時候，磁芯去磁，電感電流下降。

如下圖，根據(jù)伏秒值平衡原則，(VinVo)Ton=VoToff;Vo=Vin*D;D=Vo/Vin。

實際占空比:D1=Ton/T

Ton:開通時間;T:周期。

理論上Buck電路占空比可以在0-100%變化。

實際占空比理論占空比要大一些。因為理論占空比，沒有考慮開關(guān)管開通時，還有續(xù)流二極管導(dǎo)通時的壓降。

02Boost電路原理

實現(xiàn)升壓的本質(zhì)是電壓的疊加(歐姆定律);

首先MOS管S閉合，電壓源Vin會對電感進行充電，充完之后電感上有持續(xù)的電流(電感特性:電感上的電流不會發(fā)生突變)。

當(dāng)開關(guān)斷開的瞬間，電感上面依然是有電流的，有電流就以為著電感兩端會有電壓，這時電感電壓與電源電壓疊加就完成了后級電壓輸出比前級高。

這個電壓不是在某一個階段完成的，他是在整個周期里面，很多個周期進行不斷的疊加不斷的循環(huán)，最終實現(xiàn)了從一個較低的電壓，升到一個較高的電壓。

核心:電感進行了儲能，而后通過后級電路進行釋放，在不同周期里面往返重復(fù)最終實現(xiàn)了一個穩(wěn)定的電壓輸出。