Buck电路工作原理详解ppt课件
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T d2 T L Io 2 2 L T D IL L m I in L m V in in T V D in T V 2 D o T 2D V o T 2 D 2
.
Buck电路原理分析
四、外为参数与系统工作模式的关系：
1、如果工作在DCM模式，则令ILmin=0，Td<T(1-D),即
2TLIoVinT2D 2VoT2D 2T(1D ) Vin TD Vo TD
The future power solutionsBUK电路工作原理分析目录:
1. BUCK电路原理图 2. BUCK电路工作原理 3. Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM 4. BUCK电路外围参数与系统工作模式的关系 5. BUCK电路仿真验证
.
- + tuoV 1 R 1 C 1 L 1 D 1 Q niV - +
L Vin VoTD
2Io
.
Buck电路原理分析
五、BUCK电路仿真验证：
图七 .
Buck电路原理分析
上述电路中基本参数设置：
驱动波形：V=14V, f=20KHz,D=50%；输入电压：Vin=10Vdc；储能电感：L=80uH 1、BCM模式仿真验证：根据电路系统工作在BCM模式下的条件,进行理论计算，
- + tuoV 1 R - 1 L + niV - +
图二
.
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Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析 当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电
感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容CL1放电以及减小的电感电流维持，等
1、CCM Mode：
开关管Q1导通时，根据KVL定律：
VinLddLtiVO0
i V V i V V → 即
L L
t
in
o
L t L in o
t 为Q管导通时间，所以，tTD, T为工作周期，D为占空比：
L iL V in V o TD ①
开关管Q1关断时，同理根据KVL定律：
Lm in Lm ax d
Io
2 T
2 T
即 2 T Io IL m in IL m a x T D T d
当Q管导通时
id
L
L
dt
Vin Vo
I I L Lmax Lmin
V V TD
in
o
即
ILm axVinL Vo
TD ILm in
2 T Io IL m in V in L V o T D IL m in T D T d
忽略二极管D的正向压降，有
L diL dt
V o
即
L iL V o T 1 D
②
伏秒积平衡
①＝② ，可以得出：
V V D
o
in
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：
负载电流IO与电感电流的关系，在一个周期内进行分析，负载电流即为在一个
效电路如图三
N
- + tuoV 1 R + 1 L - 1 D
图三
.
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Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：关键点原件波形见图四
图四
.
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Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
周期内电流的平均值，参考图四。电流的平均值在数学上的表达式为：
T itdt
I AV 0 T
，即在一个周期内电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期，
为电流的平均值。参照图四电感电流波形，一个周期内面积为
I I I I I I
S L miL n m T a D x L miL n m T a1 x D L miL n m T ax
Buck电路原理分析
一、Buck电路原理图
图一 Buck电路，又称降压电路，其基本特征是DC-DC转换电路，输出 电压低于输入电压。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。
.
Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析 当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流 线性增加，同时给电容C1充电，给负载R1提供能量。等效电路如图二
图六
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode： 由图六可知，电路系统工作在DCM模式下，需要满足两个条件，一、电感充磁开 始以及消磁结束时流经电感的电流为零；二、电感消磁时间小于开关管关断时 间。根据伏秒积平衡有：
V in V o T * D V O T d
时，工作模式也逐渐从CCM进入BCM。根据伏秒积平衡 ：
V i n V o T * D V O T 1 D
V V D
o
in
I 同样，在一个周期进行分析，
T Lmax
I Io
2
T
Lmax 2
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode：关键点原件波形见图六
2
2
2
所以，平均电流
I I S
Lmin
Lmax
Io T
2
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
2、BCM Mode：关键点原件波形见图五
图五
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
2、BCM Mode：
参照图四与图五电感电流的波形，可以得知电感最小电流逐渐减小到零
80uH2 (1 0 0K H 5z) 2 0I.5 o,Io0.78A 因此，电阻可定义为
T
on
V V o
in
T T on
d
同样，在一个周期对电感电流进行分析：
IoILmaxT2*TDTd
.
Buck电路原理分析
四、外为参数对系统工作模式的影响：
图六
.
Buck电路原理分析
四、外为参数与系统工作模式的关系：
参考图六，在一个周期对电感电流进行分析：
I I I I T TD
Lm in Lm ax
L Vin VoTD
2Io
2、如果工作在BCM模式，则令ILmin=0，Td=T(1-D),即
2TLIoVinT2D 2VoT2D 2T(1D ) Vin TD Vo TD
L Vin VoTD
2Io
3、如果工作在CCM模式，则令ILmin > 0，Td=T(1-D),即
ILm inTD T Io TdVin 2 V LoTD0
.
Buck电路原理分析
四、外为参数与系统工作模式的关系：
1、如果工作在DCM模式，则令ILmin=0，Td<T(1-D),即
2TLIoVinT2D 2VoT2D 2T(1D ) Vin TD Vo TD
The future power solutionsBUK电路工作原理分析目录:
1. BUCK电路原理图 2. BUCK电路工作原理 3. Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM 4. BUCK电路外围参数与系统工作模式的关系 5. BUCK电路仿真验证
.
- + tuoV 1 R 1 C 1 L 1 D 1 Q niV - +
L Vin VoTD
2Io
.
Buck电路原理分析
五、BUCK电路仿真验证：
图七 .
Buck电路原理分析
上述电路中基本参数设置：
驱动波形：V=14V, f=20KHz,D=50%；输入电压：Vin=10Vdc；储能电感：L=80uH 1、BCM模式仿真验证：根据电路系统工作在BCM模式下的条件,进行理论计算，
- + tuoV 1 R - 1 L + niV - +
图二
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Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析 当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电
感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容CL1放电以及减小的电感电流维持，等
1、CCM Mode：
开关管Q1导通时，根据KVL定律：
VinLddLtiVO0
i V V i V V → 即
L L
t
in
o
L t L in o
t 为Q管导通时间，所以，tTD, T为工作周期，D为占空比：
L iL V in V o TD ①
开关管Q1关断时，同理根据KVL定律：
Lm in Lm ax d
Io
2 T
2 T
即 2 T Io IL m in IL m a x T D T d
当Q管导通时
id
L
L
dt
Vin Vo
I I L Lmax Lmin
V V TD
in
o
即
ILm axVinL Vo
TD ILm in
2 T Io IL m in V in L V o T D IL m in T D T d
忽略二极管D的正向压降，有
L diL dt
V o
即
L iL V o T 1 D
②
伏秒积平衡
①＝② ，可以得出：
V V D
o
in
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：
负载电流IO与电感电流的关系，在一个周期内进行分析，负载电流即为在一个
效电路如图三
N
- + tuoV 1 R + 1 L - 1 D
图三
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Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：关键点原件波形见图四
图四
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Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
周期内电流的平均值，参考图四。电流的平均值在数学上的表达式为：
T itdt
I AV 0 T
，即在一个周期内电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期，
为电流的平均值。参照图四电感电流波形，一个周期内面积为
I I I I I I
S L miL n m T a D x L miL n m T a1 x D L miL n m T ax
Buck电路原理分析
一、Buck电路原理图
图一 Buck电路，又称降压电路，其基本特征是DC-DC转换电路，输出 电压低于输入电压。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。
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Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析 当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流 线性增加，同时给电容C1充电，给负载R1提供能量。等效电路如图二
图六
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode： 由图六可知，电路系统工作在DCM模式下，需要满足两个条件，一、电感充磁开 始以及消磁结束时流经电感的电流为零；二、电感消磁时间小于开关管关断时 间。根据伏秒积平衡有：
V in V o T * D V O T d
时，工作模式也逐渐从CCM进入BCM。根据伏秒积平衡 ：
V i n V o T * D V O T 1 D
V V D
o
in
I 同样，在一个周期进行分析，
T Lmax
I Io
2
T
Lmax 2
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode：关键点原件波形见图六
2
2
2
所以，平均电流
I I S
Lmin
Lmax
Io T
2
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Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
2、BCM Mode：关键点原件波形见图五
图五
.
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
2、BCM Mode：
参照图四与图五电感电流的波形，可以得知电感最小电流逐渐减小到零
80uH2 (1 0 0K H 5z) 2 0I.5 o,Io0.78A 因此，电阻可定义为
T
on
V V o
in
T T on
d
同样，在一个周期对电感电流进行分析：
IoILmaxT2*TDTd
.
Buck电路原理分析
四、外为参数对系统工作模式的影响：
图六
.
Buck电路原理分析
四、外为参数与系统工作模式的关系：
参考图六，在一个周期对电感电流进行分析：
I I I I T TD
Lm in Lm ax
L Vin VoTD
2Io
2、如果工作在BCM模式，则令ILmin=0，Td=T(1-D),即
2TLIoVinT2D 2VoT2D 2T(1D ) Vin TD Vo TD
L Vin VoTD
2Io
3、如果工作在CCM模式，则令ILmin > 0，Td=T(1-D),即
ILm inTD T Io TdVin 2 V LoTD0