CPU电源电路设计系列6：DC-DCBuck变换器电压(精)
buck与boost电路原理
buck与boost电路原理
Buck与Boost电路是两种常用的直流-直流(DC-DC)变换电路，用于调整电压水平。
首先我们来看Buck电路。
Buck电路是一种降压转换器，常用于将较高的直流电压转换
为较低的直流电压。
其原理基于电感储能和电容滤波，通过周期性切断输入电压和导通电流来实现降压功能。
当开关管导通时，电感储能，以增加输出电压；当开关管截断时，电容释放储存能量，以稳定输出电压。
Boost电路则是一种升压转换器，常用于将较低的直流电压升
高到较高的直流电压。
和Buck电路类似，Boost电路也利用
电感和电容来实现电压的变换。
当开关管导通时，电感储能，以增加输出电压；当开关管截断时，电容释放储存能量，以稳定输出电压。
Buck与Boost电路在工业和电子设备中广泛应用。
它们能够
有效地转换电压，提供稳定的电源供应。
同时，这两种电路还可以结合使用，形成更加复杂的DC-DC变换拓扑结构，以满
足更多不同的电压转换需求。
总之，Buck与Boost电路是两种常见的DC-DC变换电路，分
别用于降低和提高电压水平。
它们利用电感和电容的工作原理，实现有效的电压转换。
这两种电路在电子设备中具有重要的应用价值。
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计buck型DC-DC变换器广泛用于电源供电系统、电动汽车和太阳能电池等应用中。
在使用过程中，由于输入电压的变化、电流过载、短路等因素可能导致变换器的故障或损坏。
为了保护变换器及其连接的电路，设计有效的保护电路是至关重要的。
首先要保护的是输入端的电路，常见的保护电路包括过压保护和过流保护。
过压保护主要是通过输入电压检测电路来监测输入电压，一旦输入电压超过设定值，保护电路将切断输入电源，以防止变压器和其他电路被损坏。
过流保护则采用电流检测电路来监测输入电流，一旦输入电流超过设定值，保护电路将切断输入电源，防止变压器和电源电路受到额定电流以外的过大电流的损坏。
在输出端，常见的保护电路包括过压保护、过流保护和短路保护。
过压保护通常使用电压检测电路来监测输出电压，一旦输出电压超过设定值，保护电路将切断输出电源，以防止负载和其他电路被损坏。
过流保护同样采用电流检测电路来监测输出电流，一旦输出电流超过设定值，保护电路将切断输出电源，防止负载和电源电路受到过大的电流的损坏。
短路保护是最常见的保护电路，它主要通过短路检测电路来检测输出端是否出现短路。
一旦短路发生，保护电路将切断输出电源，以防止损坏变压器和其他电路。
此外，为了保护变压器的绝缘性能，在变压器的输入和输出端都需要设计绝缘保护电路，通常是使用绝缘变压器或光耦合器来实现。
为了确保电路的稳定工作和提高变换器的效率，还可以设计过温保护电路。
过温保护电路可以通过温度传感器实时监测变换器内部的温度，一旦温度达到设定值，保护电路将切断输入电源，以防止温度过高引起的故障或损坏。
另外，还可以考虑设计过载保护电路和反馈保护电路。
过载保护电路可以检测输出电流是否过大，一旦超过设定值，保护电路将采取控制措施，减小输出电流以避免过载。
反馈保护电路可以通过比较输出电压与参考电压的差异来检测电路的故障，一旦差异超过设定值，保护电路将切断输入电源。
dcdc buck电路的计算
dcdc buck电路的计算DC-DC Buck电路是一种常见的电压转换器，用于将高电压转换为低电压，广泛应用于各种电子设备中。
本文将详细介绍如何计算DC-DC Buck电路的关键参数，并提供实用计算方法。
一、DC-DC Buck电路简介DC-DC Buck电路是一种基于开关管、电感、电容等元件的电压转换器。
在工作过程中，通过控制开关管的导通与截止，实现输入电压与输出电压之间的能量传递。
Buck电路具有结构简单、转换效率高等优点。
二、计算DC-DC Buck电路的关键参数1.电感（L）电感的大小影响电路的输出电压波动和电流纹波。
选择电感时，需根据负载电流和开关频率来确定。
电感计算公式为：L = Vout * fsw / (2 * π * Iout)其中，Vout为输出电压，fsw为开关频率，Iout为负载电流。
2.电容（C）电容的大小影响电路的输出电压波动和电流纹波。
选择电容时，需根据负载电流和开关频率来确定。
电容计算公式为：C = Vout * fsw / (2 * π * Iout)其中，Vout为输出电压，fsw为开关频率，Iout为负载电流。
3.开关管导通时间（ton）开关管导通时间影响电路的转换效率。
理想情况下，导通时间等于半个周期，计算公式为：ton = 1 / (2 * fsw)其中，fsw为开关频率。
4.开关管截止时间（toff）开关管截止时间影响电路的输出电压波动和电流纹波。
理想情况下，截止时间等于半个周期，计算公式为：toff = 1 / (2 * fsw)其中，fsw为开关频率。
三、详细步骤及公式推导1.确定负载电流Iout和开关频率fsw。
2.根据公式计算电感L和电容C。
3.计算开关管导通时间ton和截止时间toff。
4.根据实际需求，调整元件参数，以满足电路性能要求。
四、实例分析与计算假设我们需要设计一个输出电压为5V，负载电流为1A，开关频率为100kHz的DC-DC Buck电路。
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计Buck型DC-DC变换器是一种常见的降压型电源转换器，广泛应用于各种电子设备中。
在进行Buck型DC-DC变换器的设计过程中，保护电路的设计非常重要，可以保护变换器及其他电路不受损坏，保证电源系统的正常运行。
保护电路主要包括输入端和输出端的保护。
在输入端，保护电路的设计主要是为了防止输入电压过高或过低、瞬时过流和输入短路等情况对变换器产生不利影响。
一般情况下，设计输入端的保护电路主要包括过压保护、欠压保护和输入限流等功能。
首先，过压保护是为了防止输入电压超过变换器的额定输入电压范围，对于Buck 型DC-DC变换器来说，一般输入电压范围是相对稳定的，因此可以通过过压保护电路检测输入电压，并在超过设定阈值时触发保护措施，例如通过断开输入电源或者切断输入端的电流流通路径等方式。
其次，欠压保护是为了防止输入电压过低而影响Buck型DC-DC变换器的正常工作。
一般来说，欠压保护可以通过监测输入电压并在低于设定阈值时触发保护措施，如停止输出电流或关闭整个变换器等方式。
最后，输入限流是为了防止输入电流瞬时过高而损坏Buck型DC-DC变换器。
输入限流电路主要通过设置合适的电流检测电阻和比较器等元件来实现，当输入电流超过预设阈值时，可以通过控制开关管或采取其他措施限制输入电流值。
在输出端，保护电路的设计主要是为了防止输出端负载短路、过载和过压等情况对Buck型DC-DC变换器产生不利影响，同时保护被供电电路不受损坏。
首先，负载短路保护是为了防止输出端负载短路时产生大电流对Buck型DC-DC 变换器和被供电电路造成损坏。
负载短路保护电路主要包括电流检测电阻、比较器和限流电路等元件，当输出电流超过设定阈值时，保护电路会采取相应的控制措施，如限制电流或断开输出电源等。
其次，过载保护是为了防止输出端负载电流过大而超过Buck型DC-DC变换器的额定输出能力，导致器件及电路故障。
buck电路
buck电路1. 简介Buck电路是一种直流-直流（DC-DC）转换器，也称为降压转换器。
它可将高电压直流输入转换为较低电压直流输出。
Buck电路由开关器件（通常为MOSFET）和辅助元件（如电感和电容）组成。
Buck电路在许多电子设备中广泛应用，包括电源适配器、电动汽车、太阳能系统等。
Buck电路具有高效率、紧凑的尺寸和较低的成本等优点，因此成为DC-DC转换的常用选择。
2. 工作原理Buck电路基于开关定时的原理工作。
下面是Buck电路的基本工作原理：1.开关器件关闭状态：当开关器件（MOSFET）处于关闭状态时，输入电压（Vin）通过电感（L）和二极管（D）充电，形成一种电流。
2.开关器件导通状态：当开关器件导通时，电感储存的能量被释放，通过二极管和负载电阻（RL）供电。
此时，输出电压（Vout）取决于导通时间和电感电流。
3.控制方式：通过控制开关器件导通时间的长短，可以调节输出电压的大小。
典型的控制方式有PWM（脉宽调制）和PFM（脉冲频率调制）。
3. Buck电路的主要元件Buck电路由以下主要元件组成：•MOSFET开关器件：用于控制输入电压通过电路的通断状态。
•电感（L）：用于储存能量，并平滑输出电流。
•二极管（D）：与电感形成一个循环，用于导通电感储存的能量到负载电阻。
•输出电容（C）：平滑输出电压，减少纹波。
•控制电路：用于控制开关器件的导通时间，以调节输出电压。
4. 优缺点Buck电路具有以下优点：•高效率：Buck电路的能效通常较高，能够将输入电压有效转换为输出电压。
•紧凑尺寸：Buck电路的设计紧凑，适合在空间有限的电子设备中使用。
•低成本：相比于其他DC-DC转换器，Buck电路的成本较低。
然而，Buck电路也存在一些缺点：•输出电压稳定性差：由于输入电压波动或载荷变化，Buck电路的输出电压可能不太稳定。
•EMI干扰：Buck电路的开关动作可能引起电磁干扰（EMI），对其他电子设备造成影响。
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计
buck型DC-DC变换器是一种常见的电源转换器，用于将高压直流电源转换为稳定的低压直流电源，广泛应用于电子设备和通信系统中。
在设计buck型DC-DC变换器时，保护电路的设计至关重要，可以有效保护电路和相关元器件，提高整个系统的可靠性和稳定性。
本文将从保护电路的设计入手，对buck型DC-DC变换器进行深入研究和分析。
1. 保护电路的作用保护电路是buck型DC-DC变换器中的重要组成部分，其主要作用是防止过流、过压、过温等异常情况对电路和元器件造成损坏。
通过及时检测异常信号并采取相应的保护措施，可以有效避免电路的故障和损坏，延长系统的使用寿命。
2. 过流保护电路设计过流是buck型DC-DC变换器中常见的故障情况之一，如果电流超过设定的安全范围，将会对电路和元器件造成严重的损害。
在设计过流保护电路时，需要合理选择电流传感器和保护元件，并设置合适的保护触发门槛。
常用的过流保护电路包括电流限制器、熔断器和过流保护芯片等，通过这些器件的合理组合可以实现对电路的有效保护。
3. 过压保护电路设计过压是另一种常见的故障情况，当输入电压超过设定的安全范围时，将对电路和元器件产生严重的影响。
在设计过压保护电路时，需要考虑输入电压的波动范围和保护触发门槛，并选择合适的过压保护器件进行搭配。
常用的过压保护电路包括过压保护芯片、击穿二极管和电容滤波器等，通过这些器件的合理配置可以有效防止过压对电路的损坏。
4. 过温保护电路设计过温是buck型DC-DC变换器中的另一个重要故障情况，当工作温度超过元器件的最大承受温度时，将会导致电路的失效和损坏。
在设计过温保护电路时，需要合理选择温度传感器和保护器件，并设置适当的保护触发温度。
常用的过温保护电路包括温度开关、热敏电阻和温度保护芯片等，通过这些器件的合理配置可以实现对电路的及时保护。
5. 其他保护电路设计除了上述提到的过流、过压和过温保护电路外，buck型DC-DC变换器的保护系统还需要考虑短路保护、输入欠压保护和输出失稳保护等其他故障情况。
基于BUCK变换器的电源设计
基于BUCK变换器的电源设计BUCK变换器是一种常用的电源设计方案，常用于将高电压转换为低电压供给电路。
它采用了脉宽调制（PWM）技术来有效地控制输出电压和电流，具有高效率和稳定的输出特性。
在进行基于BUCK变换器的电源设计时，需要考虑输入和输出电压、输出电流需求，以及稳定性、可靠性等因素。
下面将详细介绍BUCK变换器的电源设计过程。
首先，确定输入和输出电压。
根据应用需求，需要确定输入电压和输出电压的范围。
输入电压一般由系统电源提供，可以是直流电或交流电，也可以是电池供电。
输出电压则根据应用需求确定，可能是固定值或可调节的。
接下来，计算输出电流。
根据系统中各个组件的功率需求和电流消耗，可以估算出所需的输出电流。
输出电流需要考虑到系统的最大负荷情况，以确保BUCK变换器能够稳定输出所需的电流。
然后，选择合适的BUCK变换器芯片。
根据输入和输出电压、输出电流需求，选择合适的BUCK变换器芯片。
散热设计、开关频率、效率等因素也需要考虑进去。
常见的BUCK变换器芯片有TI的LM2596、ST的LM2596等，可以根据实际需求选择。
接着，设计输入滤波电路。
由于BUCK变换器对输入电压的纹波幅度和频率有一定的要求，因此需要设计输入滤波电路来滤除输入电压中的纹波。
输入滤波电路可以采用电感和电容组成的滤波器，根据输入电压的纹波要求来选择合适的电感和电容值。
然后，设计输出滤波电路。
BUCK变换器输出电压通常存在一定的纹波，为了减小或滤除输出电压的纹波，需要设计输出滤波电路。
输出滤波电路可以采用电感和电容组成的滤波器，根据输出电压的纹波要求来选择合适的电感和电容值。
接下来，进行稳压器设计。
为了保证BUCK变换器输出电压的稳定性，需要设计一个稳压器。
稳压器可以采用反馈控制电路，通过调整PWM宽度来实现对输出电压的精确控制。
稳压器还可以采用放大器、比较器等元件来构成反馈环路，以实现电压稳定。
最后，进行保护电路的设计。
由于BUCK变换器中存在高电压和高电流，还有可能出现过电流、过载、过温等情况，因此需要设计一些保护电路来保证BUCK变换器的正常运行。
一个稳定的buck／boostDC—DC转换器的环路设计
一个稳定的buck／boostDC—DC转换器的环路设计【摘要】本文设计了一款脉冲宽度调制的稳定的DC-DC转换器环路。
该转换器可以根据输入电压的变化设置四个MOS开关管的开关状态而工作在升压或降压模式而提高效率。
另外，芯片的稳定性也是设计的难点之一。
本文基于运算跨导放大器补偿网络实现反馈回路的频率补偿，使整个环路有合适的相位裕度，并分析bode图，最后用cadence软件针对具体的电路进行仿真，并给出仿真结果。
【关键词】DC-DC;环路稳定;buck;boost1.引言在DC-DC转换器的设计中，电路的稳定性是系统设计中的一个难点，它必须在整个输入电压范围内或者输入发生变化时保持输出稳定。
本文针对buck/boost型DC-DC转换器设计了一个频率补偿方案，可以为相应的电路设计提供参考。
除了可以在电路的设计上采用一些较为传统的方式提高稳定性外，比如提高误差放大器的增益和基准电压、基准电流的精度，还可以增加环路补偿电路，来保证电压反馈环路的稳定。
本文主要通过对环路的两个部分分析，通过稳定条件，给出bode图，最后在给定参考值下用cadence软件仿真。
在电源电压由2.7V至5.5V变化时，输出电压的纹波满足设计要求，电路的稳定性非常好。
2.环路设计一个完整的buck/boost型DC-DC转换器应该包括基准电压产生电路、斜坡信号产生电路、误差放大器、逻辑和驱动电路等重要模块。
除此之外，还会包括过温保护、欠压锁定和软起动等保护电路。
文章则是通过对上述结构的转换器简化，将非线性结构线性化，分析其稳定性，并进行频率补偿。
控制环路结构简化图如图1所示，先分析buck模式下的稳定性，即当S3闭合S4断开，而和在每个周期中交替导通时。
图1 简化结构图下面分两个部分对上述结构讨论。
2.1 控制到输出这部分采用脉冲宽度调制（PWM），保持频率（150KHZ）不变，调节占空比（D）从而调节开关管的导通时间，控制输出电压。
同步整流 buck 变换器原理
同步整流 buck 变换器原理
同步整流buck变换器是一种常见的DC-DC变换器拓扑，通常用
于将一个电压转换为另一个较低的电压。
它的工作原理如下：
1. 输入电压，首先，输入电压被施加到开关管上。
当开关管导
通时，电感储存能量，电容器也开始充电。
当开关管截至时，电感
释放能量，将能量传输到负载上。
2. 整流作用，在同步整流buck变换器中，输出电压的整流由
同步整流MOSFET管来完成。
当开关管导通时，同步整流MOSFET管
也导通，这使得电感中的能量可以传输到负载上。
当开关管截至时，同步整流MOSFET管也截至，以避免反向电流通过电感。
3. 控制，控制电路通常使用脉宽调制（PWM）来控制开关管的
导通时间，以稳定输出电压。
PWM控制可以根据输出电压的变化来
调整开关管的导通时间，以维持稳定的输出电压。
4. 效率，同步整流buck变换器相对于传统的非同步整流buck
变换器具有更高的效率，因为它减少了二极管的导通损耗，提高了
能量传输的效率。
总的来说，同步整流buck变换器通过控制开关管和同步整流MOSFET管的导通时间，将输入电压转换为稳定的输出电压，同时提
高了能量传输的效率。
这种变换器在许多电子设备中得到广泛应用，例如电源适配器、电池充电器等。
六种基本DCDC变换器拓扑结构总结
六种基本DC/DC变换器拓扑，依次为buck,boost,buck-boost,cuk,zeta,sepic变换器半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑。
半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决。
半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制。
正激变换器绕组复位正激变换器LCD复位正激变换器RCD复位正激变换器有源钳位正激变换器双管正激吸收双正激有源钳位双正激原边钳位双正激软开关双正激推挽变换器无损吸收推挽变换器推挽变换器:推挽变换器是双端变换器.其实是两个正激变换器通过变压器耦合而来,基本推挽变换器好处是驱动不需隔离,变压器双端磁化,只要两个开关管.但是,变压器绕组利用率低,开关管电压应力为输入两倍,所以一般只适合低压输入的场合.而且有个问题就是会出现偏磁,所以要采用电流型控制等方法来避免.如果将两个双管正激同样耦合,可以构成四开关管的推挽变换器,也就是所谓的双双管正激.其管子电压应力下降为输入电压.其他等同.推挽正激是最近出现的一种新拓扑,通过一个电容来解决变换器漏感尖峰,偏磁等问题.在VRM中有应用.半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑.半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决.半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制.全桥变换器全桥变换器在大功率场合是最常用了,特别是移项ZVS和ZVZCS 接下去,会收集一些三电平变换器贴出来,在以后就给出boost族的隔离变换器....反激变换器.....正反激变换器......APFC.....PPFC.... 单级PFC.....谐振变换器等.....三电平变换器(three level converter)选了看起来比较舒服的两个拓扑,这些三电平是半桥演化而来,同样可以演化出多电平变换器,合适高压输入场合.而且可以通过全桥的移相控制方式实现软开关.。
BUCK型DCDC变换器电路设计
BUCK型DCDC变换器电路设计1.原理BUCK型DC-DC变换器的原理基于一个开关和一个电感的组合。
当开关闭合时，电感中储存的能量会增加，同时输出电压会降低。
当开关打开时，电感中储存的能量会释放，输出电压会增加。
通过改变开关的周期和占空比，可以控制输出电压的稳定性。
2.基本电路设计-开关可以是MOSFET或BJT等元件，负责控制电路的开关状态。
-电感主要起到储存能量的作用，根据输出电流选择合适的电感数值，并结合开关频率选择合适的电感电流。
-二极管位于电感和负载之间，用于流动电流。
-滤波电容用于过滤输出纹波，增加稳定性。
-负载则是变换器的输出端，根据需要选择合适的负载数值。
3.性能参数选择在设计BUCK型DC-DC变换器时，需要选择合适的性能参数以确保稳定性和效率。
-输入电压范围：根据实际应用的输入电压范围选择合适的设备。
-输出电压范围：根据实际应用的输出电压需求选择合适的设备。
-开关频率：通过选择合适的开关频率，可以平衡效率和纹波。
-效率：BUCK型DC-DC变换器的效率通常在80%到95%之间，可以通过选择适当的部件来提高效率。
-纹波电压：根据应用需求，选择适当的滤波电容和电感来减小输出电压纹波。
4.工作原理当输入电压施加到BUCK型DC-DC变换器的输入端时，开关关闭，电感将储存能量。
当开关打开时，电感释放能量到负载，从而提供稳定的输出电压。
通过改变开关的占空比，可以控制输出电压的稳定性。
5.效率和效果综上所述，BUCK型DC-DC变换器是一种常见的降压型电源变换器，通过开关和电感的组合实现输出电压的稳定降低。
在设计过程中，需要注意选择合适的元件和参数以满足应用需求。
同时，合理的电路布局和工艺选择，也对BUCK型DC-DC变换器的性能和效果有重要影响。
buck型dcdc工作原理
buck型dcdc工作原理
Buck型DC-DC转换器是一种常见的电源转换器，用于将一个直
流输入电压转换为较低的直流输出电压。
它的工作原理如下：
1. 输入电压，Buck型DC-DC转换器的输入端接收来自电源的
直流输入电压。
这个输入电压通常是一个较高的电压，例如12V或
24V。
2. 开关管，Buck型转换器包含一个开关管（通常是MOSFET），它连接输入电压和输出电压。
开关管的开关状态由控制电路控制，
以调整输出电压。
3. 输出电感，Buck型转换器还包括一个输出电感，它与开关
管和输出负载连接在一起。
当开关管关闭时，输出电感充电；当开
关管打开时，输出电感放电。
4. 输出电容，输出电容用于滤除输出电压中的纹波，并提供稳
定的输出电压。
5. 控制电路，Buck型转换器的控制电路监测输出电压，并根
据需要调整开关管的开关状态，以保持稳定的输出电压。
工作原理总结，当开关管闭合时，输入电压通过开关管传递到输出电感和输出负载，同时输出电容储存能量。
当开关管打开时，输出电感中储存的能量被释放到输出负载，从而提供稳定的输出电压。
控制电路不断监测输出电压，并调整开关管的开关状态，以保持输出电压稳定。
总的来说，Buck型DC-DC转换器通过控制开关管的开关状态和输出电感的工作原理，将高电压输入转换为低电压输出。
这种转换器在许多电子设备中被广泛应用，例如手机充电器、电脑电源适配器等。
Buck变换器工作原理分析和总结
Buck变换器工作原理分析和总结一、简述首先简单地说，Buck变换器就像是一个电力的“翻译官”。
它接收一种电压，然后转换成另一种电压输出。
你可能会问，为什么需要转换电压呢？别着急我们慢慢说，在现代电子设备中，不同的部件需要不同的电压来运行。
而Buck变换器，就是帮助我们调整电压，确保每个部件都能得到合适的能量。
Buck变换器就像一个电力调节器，确保我们的电子设备在不同电压条件下都能稳定运行。
那么它是如何实现这一功能的呢？接下来我们会深入探讨它的工作原理。
1. 介绍Buck变换器的基本概念及其在电源管理领域的重要性好的让我为你介绍一下关于《Buck变换器工作原理分析和总结》中的第一部分内容：介绍Buck变换器的基本概念及其在电源管理领域的重要性。
想必大家对电子设备中的各种电源管理技术都颇感兴趣吧，作为其中的重要一员，Buck变换器可以说是电源管理领域的明星角色。
那究竟什么是Buck变换器呢？简单来说它就像一个灵活的电力调整器，负责把输入的高电压转换成我们设备需要的低电压。
Buck变换器是电源管理领域不可或缺的一部分。
它的基本概念就是把高电压转换成我们设备需要的低电压，确保设备的稳定运行。
而它在电源管理领域的重要性，就像一位优秀的管家，确保电力供应的稳定和高效。
2. 简述文章目的和内容概述接下来让我们简要谈谈本文的目的和内容概述，写这篇文章的目的，是为了帮助大家更好地理解Buck变换器的工作原理，并通过分析和总结，使大家对这一技术有更深入的认识。
毕竟技术虽专业，但也需要我们能接地气地理解和运用。
这篇文章中，首先会介绍一下什么是Buck变换器，以便大家有个初步的了解。
接着我们会深入浅出地讲述它的工作原理，通过简单易懂的语言和生动的比喻让大家更容易明白。
然后我们会深入分析它的实际应用场景以及在实际操作中可能遇到的问题。
当然还会包括如何进行优化和调整的实用技巧，在文章的最后部分，我们会对整个Buck变换器的工作原理进行综合性的总结，帮助大家形成一个清晰的思路和体系。
BUCK型DCDC变换器电路设计
BUCK型DCDC变换器电路设计DC-DC变换器是一种能将直流电压转换为不同电压水平的电子设备。
BUCK型DC-DC变换器是其中最常用的一种类型。
本文将介绍BUCK型DC-DC变换器的电路设计过程和关键要点。
首先，BUCK型DC-DC变换器的基本原理是利用电感储能和开关管的开关控制来实现电压转换。
其核心的电路组成部分包括电感、二极管、开关管、输入电压、输出电压以及控制电路。
在设计BUCK型DC-DC变换器电路时，需要确定以下参数：1.输入电压范围：确定输入电压的最小值和最大值，以便选择合适的电子元器件。
2.输出电压和电流需求：确定需要将输入电压转换为多少输出电压，并根据输出电流的需求选择合适的电路元件。
3.开关频率：选择合适的开关频率以平衡功率转换效率和元件参数选择的难度。
接下来，我们将详细介绍BUCK型DC-DC变换器电路的设计流程和关键步骤：1.确定电路拓扑结构：根据输入输出电压的关系和功率转换需求，选择BUCK型电路拓扑结构。
2.选择电感元件：根据输入电压范围、输出电压和电流需求，选择合适的电感元件，并计算所需电感值。
3.选择开关管和二极管：根据输入电流和输出电流需求，选择合适的开关器件和二极管，并计算开关器件的导通电阻和二极管的反向电压承受能力。
4.选择滤波电容：根据输出电流需求，计算滤波电容的容值，用于减小输出电压的波动。
5.设计控制电路：设计合适的控制电路以控制开关管的开关频率和占空比，以实现电压转换和稳定输出电压。
6.进行电路参数计算和仿真：根据上述选择的元件参数，进行电路参数计算和仿真，以验证电路设计的可行性和预测其性能。
7.PCB布局和布线：进行PCB布局和布线设计，确保电路元件之间的良好连接和信号的稳定传输。
8.确定输入和输出滤波器：根据实际应用需要，选择适当的输入和输出滤波器，以减小输入输出电压的噪声和干扰。
9.进行实验验证：制作电路原型，进行实验验证，检验电路设计的性能和稳定性。
dcdc buck电路的计算
dcdc buck电路的计算摘要：1.DC/DC Buck 电路简介2.DC/DC Buck 电路的工作原理3.DC/DC Buck 电路的计算方法4.DC/DC Buck 电路的性能分析5.总结正文：一、DC/DC Buck 电路简介DC/DC Buck 电路，即直流/直流降压电路，是一种常见的电源转换电路，主要用于将较高的直流电压转换为较低的直流电压，以满足不同电子设备对电源电压的需求。
DC/DC Buck 电路具有效率高、体积小、输出电压稳定等优点，广泛应用于各类电子产品中。
二、DC/DC Buck 电路的工作原理DC/DC Buck 电路主要由开关管、电感、电容和二极管等元件组成。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：1.开关管导通时，电感上的电流不断增加，电容器上的电荷也逐渐累积。
2.开关管截止时，电感上的电流流向电容器，使得电容器上的电荷继续累积。
3.当电容器上的电压达到输出电压时，输出端的二极管开始导通，电容器上的电荷通过二极管流向负载，提供电流。
4.在下一个开关周期开始时，电容器上的电荷重新开始累积，循环往复。
三、DC/DC Buck 电路的计算方法DC/DC Buck 电路的计算主要包括开关频率、电感、电容和二极管等元件的选择。
以下是一种常用的计算方法：1.确定开关频率：根据负载电流和输入电压选择合适的开关频率，以保证电路的稳定性和效率。
通常，开关频率越高，电路的效率越高，但同时会增加电路的复杂性和成本。
2.选择电感：根据输出电压和负载电流计算电感的大小，以保证电感在开关管导通期间能够储存足够的能量。
3.选择电容：根据输出电压和开关频率计算电容的大小，以保证电容器在开关管截止期间能够向负载提供足够的电流。
4.选择二极管：根据输出电压和负载电流选择合适的二极管，以保证其在工作过程中不会损坏。
四、DC/DC Buck 电路的性能分析DC/DC Buck 电路的性能主要取决于开关频率、电感、电容和二极管等元件的选择。
BUCK变换器学习教程
2.2、工作过程
• 1、开关（晶体管）导通：
二极管D1截止；电感电流线性增加并储能；电容充电储能；输出电压 Vo。
• 2、开关（晶体管）关断：
二 极 管 D 1 导 通 ； 电 感 释 放 能 量 ； 电 容 放 电 ； 输 出 Vo 。
第6页/共21页
三、波形分析
• 按电感电流iL是否从零开始，有两种工作模式： ⑴、连续工作模式； ⑵、不连续工作模式。 各部分工作波形分别如图3（a）、（b）所示
第7页/共21页
图3 BUCK变换器两种工作模式波形图 第8页/共21页
连续工作模式
• 1、MOS导通D截止，电感电流增量：
❖ 2、MOS截止D导通，电感电流增量：Hale Waihona Puke ❖ 3、电路达到稳定状态下：
｝
第9页/共21页
由上面公式可得：
Vo/Vs是电压增益，用M表示。 输出电压Vo随占空比D1变化，由于D1<1， 所以Vo<Vs。 由上式可得知：电压增益由开关接通的占空比 D1决定，说明变换器具有很好的控制性。 M与D1曲线图如下：
第3页/共21页
二、BUCK变换器的工作原理
图2 BUCK变换器电路工作过程
第4页/共21页
2.1、变换器工作于理想状态
• 在图2中作如下假设： • 1、开关晶体管、二极管均为理想元件：快速导通关断，且导通
压降零，关断漏电流零。 • 2、电感电容为理想元件：电感工作在线性区不饱和，寄生电阻
零；电容等效串联电阻零。 • 3、输出纹波电压与输出电压的比小到可以忽略。
总结 • 1、BUCK变换器应用于降压、输入输出非隔离。 • 2、BUCK变换器工作频率不宜过高，一般小于50KHZ。 • 3、当有超过一组输出时就不适合使用BUCK变换器。 • 4、变换器的电器特性与电流模式关系密切。 • 5、变换器电路中的电感与电容起能量储－放作用，且两个器件接线形式
DC-DC升降压(Buck-Boost)变换器设计与仿真分析
器 电路进行 数值计算 的方式 ， 选取多组 占空比进 行仿 真 ， 这样既可 以筛选出各个 电压等级下 的合 理 占空 比取值 ， 又能够得到系统的输 出电压变化
规律 ， 以判 定 系 统 的 电能 变 化性 能 。如 果 仿 真 结
要去除 ， 在元件库中按照拓扑结构建立电路模型 ，
作者简 介： 李钦林 （ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 助教 ， 硕士， 主要从 事电气 自动化方面 的教学工作 。
第３ 期
李钦林 ： Ｄ Ｃ － Ｄ Ｃ 升降压 （ Ｂ ｕ ｃ ｋ — Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ ） 变换器设计与仿真分析
６ ５Байду номын сангаас
器系统 中 ， 筛选 了 １ ８ ％、 ３ ３ ％、 ６ １ ％、 ６ ６ ％４ 个 占空 比参数 ， 并分别对 其进行输 出电压特性仿 真。从数值计算结果 来看 ， 这４ 个 占空 比条件下 ， 输 出电压基本 能够达到预期 的调压等级 ， 且输 出电压的分布特性 良好 。针对纹波 电压偏 大的问题 ， 提出 了后 续改造措施 。为该变换器 后续的制作和应用提供 了参 考依 据。
在 数 学 模 型 的建 立 中 ， 无 源开 关 和 有 源 开 关 均需
为理想化 （ 如降低导通压降等） ， 也能够实现仿真
结 果 较 为理 想 的 目标 。但如 此设 置 明 显与 实 际情 况不符 ， 容易 造成 后 续实 物 生产 出来 后 ， 仿 真 和实 际数 据 的较 大误 差 。 因此 ， 本 文在 仿 真条 件 的设 置 中， 将 电感 和 电容 设置 为 固定 值 ， 二极 管模 块 保 持 默认 值 。在 开关 频 率确 定 的条 件 下 ， 仅 调 整 脉
(完整版)BuckBoost电路设计
500WBuck/Boost 电路设计与仿真验证一、主电路拓扑与控制方式Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路 与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、 二极管、电感和电容构成，如图1-1 所示。
与Buck 和Boost 电路不同的是，电感 Lf 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出 电压极性与输入电压相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也有电感电流 连续喝断续两种工作方式， 本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。
图1-2是电感电 流连续时的主要波形。
图 1-3是Buck/Boost 变换器在不同工作模态下的等效电路图。
电感电流连续工作时，有两种工作模态，图 1-3(a)的开关管Q 导通时的工作模态，图 1-3(b)是开 关管Q 关断、D 续流时的工作模态。
QDLDR+-VinLfC f Vo+-+1-1主电路Vb et o nT tiL FiLfm axILFiLfmintiQiLfm axiLf minti DiLfm axiLfmintVL fVinV ot图1-2电感电流连续工作波形QDRLD QD RLD +-+-CfC fV inLfiLfLf+Vo ViniLf+Vo-+-+(a)Q 导通(b)Q 关断，D 续流图1-3Buck/Boost 不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和根本关系电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管 Q 关断两种工作模态。
在开关模态1[0~ton]：t=0时，Q 导通，电源电压 Vin加载电感Lf上，电感电流线性增长，二极管 D 戒指，负载电流由电容C f 提供：diLfL f dt Vi n(2-1)I oV o(2-2)RL DC f dV o I o(2-3)dtt=ton时，电感电流增加到最大值i L max ，Q 关断。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CPU电源电路设计系列6:DC-DC Buck变换器电压环补偿网络设计作者:郭奉凯陈嘉凯电源技术属于电力电子技术的范畴,是集电力变换、现代电子、自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术,现今已广泛应用到工业、能源、交通、信息、航空、国防、教育、文化等领域。
电源技术的发展实际上是围绕着提高效率、提高性能、小型轻量化、安全可靠、消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声的轨迹进行不懈研究,开关电源是整个电源技术中至关重要的部分,其中的PWM电源调整器的反馈补偿网络,是开关电源的重要研究课题,本文将针对PWM DC-DC Buck变换器电压环补偿网络设计做出了研究和应用举例。
一变换器模块介绍开关变换电路同步整流Buck变换器电压调节是一个单环系统,由三个基本模块组成:包括功率开关调节器,低通滤波网络和相位补偿网络。
补偿网络由电压采样电路,误差放大器,补偿电路元件组成。
它的物理过程描述为:当控制电路输出一个高电平后,功率开关管导通,主电路向输出电路提供能量;反之功率开关断开,停止向输入电源汲取能量。
图1 Buck调节器的三个基本模块为设置系统的增益和带宽,要写出系统的开环传递函数,根据电路功能,我们划分出3块,如图1,第一块包括PWM比较器到控制MOSFET输出,第二块是LC低通滤波器,根据输出电压,电流规范选定元器件之后,被动元件引起的相位滞后已经形成,第三块是根据以上两部分的传递函数,设计补偿电路,改变系统的增益和带宽,使系统有理想的相位裕度和带宽,达到系统稳定的要求。
二系统传递函数下面分别介绍三部分传递函数1.PWM比较器的工作过程,比较器的负相端接时钟电路发出的三角波或锯齿波信号www.powersystems.eetchina .com(R u t ,正相端为误差放大器发出的误差信号(c u t ,两个信号比较产生有占空比变化的PWM 波(d t ,由MOSFET的驱动向下一级推动 MOSFET 的导通和关断。
图2 PWM 调节器 (Modulator 对于这部分,小信号输为(c u t ,输出为OUT V图3 PWM 比较器当((c R ut u t >,输出(d t 为高电平,反之为低电平.图4 PWM 输入端电压比较从ab 为一个时钟周期T,a 1t ,2t b 为高电平时间段,112(at C OSC t u t V T= (1 222(t b C OSC t u t V T= (2 1212((2at t b C C OSCt t u t u t V T ++= (3 12at t b ON t t t += (4 12((2C C u t u t +=(C ab u t ,为该周期内误差信号的平均值, ON IN OUT t V T V = (5 故传递函数可表示为www.powersystems.eetchina .com(OUT IN OSCC ab V V V u t = (6 OSC V 为三角波信号的峰值可见,该部分的传函为直流量,没有相位的变化。
2. 低通LC 滤波网络图5 LC 低通滤波器图中为低通LC 滤波网络,它是由电感和一系列的并联电容构成,电容可以分为2部分,一是大容量低等效电阻的铝电解电容,摆放在输出端附近,二是高频特性好的陶瓷电容,摆放在CPU 附近,及时满足负载变化的要求。
ESR,DCR 分别为电容,电感的寄生电阻。
可以写出滤波器的传递函数:121(1S ESR C H S S C ESR S L C+⋅⋅=+⋅⋅+⋅⋅ (7令Q =0Z ω=1ESR C ⋅,0P ω=022001(1(Z P P S H S S S Q ωωω+=++ (8容易看出这是个二阶系统,包含一个重极点也就是滤波器的固有频率,和一个由ESR 引起的零点,由此可以看出,对于Buck 系统,它的基本组成系统是稳定的,即它本身保证了相位转移在180°以内,但是这不意味它有快速的相应能力,这是由LC 在重极点附近的Q 值和ESR 零点的相对位置决定的。
图 6 滤波器幅频相频曲线和Q值相频特性曲线看出,重极点引起的相位180°转移,受到ESR影响,使相位裕度不到 45°。
减小ESR和DCR的值,会使Q值增大,使相位跌落的更厉害,使相位裕度更小。
图7 ESR为1mΩ的相频幅频曲线基于以上LC滤波网络的特点,影响电路稳定的参数有:电感L,电容C和等效电阻ESR,重极点跌落的程度影响系统的稳定度,因此需要设计相位补偿网络减小重极点的相位降。
以上分析了调节器和滤波器的传递函数,综合两者可以得到补偿前系统的幅频增益特性。
图8 补偿前系统幅频曲线www.powersystems.eetchina .com3. 误差放大器的补偿网络在设计补偿网络时,主要是用波特图表示调节器,滤波网络和开环传递函数的频率特性。
系统的开环传递函数的波特图能够准确的给出系统的稳定性和稳定裕度,而且还能大致的衡量闭环系统的动态稳定性和稳态特性。
波特图里面有两个物理意义,整个闭环回路希望系统的带宽宽和增益大,带宽越宽代表输出电压变化时,处理速度越快;增益大代表输出电压出现细微的变化就有处理的动作。
但很多危险的调节都是片面的追求带宽和增益而导致系统出现不稳定机会。
3.1 三个频段分析在定性的分析系统性能时,可以将波特图大致分为低,中,高三个频段。
1低频段开环传递函数频率特性低频段的形状直接反映系统包含的积分环节的个数和直流增益的大小,因此它主要影响系统的稳态性能。
对于开关调节系统,理想的低频特性是直流增益无限大。
以-20DB 的斜率下降。
2中频段中频段大致是指幅频特性以-20dB 斜率下降并穿越0dB 线的频段。
中频段的宽度与系统的稳定性密切相关。
宽度越大,相位裕度m ϕ越大。
穿越频率c ω与系统的上升时间,调节时间以及超调量σ等动态性能密切相关。
c ω越大,系统的相应速度越快,但超调量σ越大。
另外,对于开关调节系统,过高的穿越频率可能导致高频开关频率及谐波频率和寄生振荡引起的高频分量得不到有效的抑制,系统仍不能稳定的工作。
因此理想的中频段,需要增加一个-40dB 下降的频段,以达到降低中频增益限制过高的穿越频率。
3高频段高频段距穿越频率较远,开环传递函数对数幅频特性对系统的动态性能影响不大,但它反应了对高频干扰信号的抑制能力。
高频段幅频特性衰减越快,系统的抗干扰能力越强。
对于开关调节系统,理想的高频段应以-40斜率下降。
负载瞬态阶跃变化的情况下,比较有下调电压的电源和没有下调电压的电源的性能。
虽然这两种电源有着相同的瞬态电压变化趋势和负向瞬变过程,但是对于有下调电压的电源,当负载增加时,输出电压会产生一个负向的V Δ的瞬态电压峰值,同时静态输出电压应当相应的减小。
这就意味着在瞬态变化后静态调节电压将会保持在一个较低的数值而不需要返回到原值。
随后负载电流突然减小,这个降低的静态电压将会产生一个正向的V Δ瞬态电压并最终稳定在瞬态峰值电压附近。
所以,负向和正向瞬态漂移不是直接的相加,相当于总的漂移值低于两者之和。
如果优化下调电压使其等于瞬态电压的峰值,则正向瞬态电压值刚好回到初始电压值CC V 。
结果表明,总体瞬态漂移刚好为V Δ,www.powersystems.eetchina .com但如果没有电压的下调电压,总体瞬态漂移则为2V Δ。
根据以上的设计原则,补偿部分的设计步骤是:把系统的性能指标和技术要求转化为开环传递函数的波特图;根据开环传递函数的波特图和控制器,LC 滤波网络的波特图绘制补偿网络的波特图;基于补偿网络的波特图,选择合适的补偿网络进行参数设计。
主板供电系统经常使用的补偿网络有2,3型,也就是单极点单零点,双极点双零点。
同步Buck 型电路,经验值带宽应设为开关频率的20-30%之间。
3.2 单极点-单零点补偿网络222111221211(TYPE S R C H S R C C C S S R C C −+⋅=⋅⎛⎞+⋅+⎜⎟⋅⋅⎝⎠ (9 图9 单极点单零点补偿网络(Type 21 低频段提供一个积分环节,稳态误差为零,所以这种补偿网络第一特点是直流增益高,稳态误差为零;2 在控制对象传递函数的最低极点或以下引入一个零点,补偿这个极点引起的相位之后,也可以说这个零点抵消补偿网络自身的积分环节引起的相位滞后,所以能够使补偿网络在这一频段内变为一个反相器,使相位增加了90°。
3 补偿器的最后一个极点用来抵消ESR电阻引起的零点。
图 10 Type 2 波特图根据以上原则,下面分析元器件的选择:www.powersystems.eetchina .com1选定1R ,通常选择2—5k Ω;2根据中频增益21RR 的大小调节带宽,根据系统的参数和第一步确定的1R 值,确定2R21ESR PPLC ESRIN F V DBW R R F F V ⎛⎞Δ=⋅⋅⋅⎜⎟⎝⎠ (10 DBW 为所需要的带宽 3根据LC 重极点的位置确定2C 22102LCC R F π=⋅⋅ (114最后确定抑制高频极点所摆放的零点的1C 大小,将零点放在12SW F 处21221SW C C R F C π=⋅⋅⋅− (12由此,可以计算采用第2类补偿方法的系统传递函数:图11 采用Type2补偿网络的闭环系统2221112212111(1(IN OUT SYSTEMPP OUT OUTS V S ESR C R C H S R C V S ESR DCR C S L C C C S S R C C ++⋅⋅⋅=⋅⋅⋅Δ+⋅+⋅+⋅⋅⎛⎞+⋅+⎜⎟⋅⋅⎝⎠ (13系统增益为:22(TYPE MODULATOR LC TYPE GAIN f GAIN GAIN GAIN =++ (14220IN TYPE MODULATOR PPVGAIN lg V =⋅Δ⋅, (15(((222221012101(22(TYPE LC OUT OUT OUT GAIN lg ESR C f L C f ESR DCR C πππ⎡⎤⎡⎤=⋅+⋅⋅−⋅−⋅⋅⋅+⋅+⋅⎢⎥⎣⎦⎣⎦(17([]22122221122121012202(1012TYPE C C GAIN lg R C lg R C C lg f R C Cπππ⎡⎤⎛⎞⎛⎞⋅⎡⎤⎢⎥=⋅+⋅⋅−⋅⋅⋅+−⋅+⋅⋅⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎣⎦+⎢⎥⎝⎠⎝⎠⎣⎦(18 系统的相位为:2(MODULATOR LC TYPE PHASE f PHASE PHASE PHASE =++ (19[]22arctan 2arctan 21OUTLC OUT OUT f ESR DCR C PHASE f ESR C f L C πππ⎛⎞⋅+⋅=⋅⋅+⎜⎟⋅⋅−⎝⎠(20www.powersystems.eetchina .com(1222221290arctan 2arctan 2TYPE C C PHASE f R C f R C C ππ°⎛⎞=−+⋅⋅−⋅⋅⎜⎟+⎝⎠ (21对于选定的参数,分别用仿真软件做检查工作,使其达到理想的效果,如果仍没有达到理想的相位裕度,可以使用3类补偿方法。