BUCK电路解析全解优质PPT课件
Buck电路工作原理详解ppt课件
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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
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- + 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
BUCK变换器电路分析PPT课件
目前，用高频变压器的变换电路按其工作方式可分
为五类，每类传输的功率也不相同，应用环境也稍有不
同，如下所示：
电路 类型
传输功率
第4章 BUCK变换器电路分析
1、 其效率低，损耗大，温升高；加上多路电压输出难
以实现。如图4-1所示的串联式线性稳压电源，就属此 类。
串联稳压电源主要缺点：
串联稳压电源效率举例：
当今计算机及自动化设备上大多数控制电源都向低 压大电流，高效率，重量轻、体积小的方向发展。在这 种要求面前首先得到发展的是晶体管串联式开关稳压电 源，如图4-2所示。
(三)电感电流的平均值计算：
IL I0
Uin U0 2L
ton
I L min
（四）输出电压纹波值的计算：
U 01
1 C
ton ton / 2
(U in
U0 L
t
Uin U0 2L
ton )dt
U in U 0 8LC
t
2 on
U in U 0 8LC
U (
0TS
U in
)2
U
02
U0 8CL
全桥式变换器 500W～30kW 焊机、高频感应加热，交换机等
4.2 DC/DC变换的开关电源
对于输入与输出电压不需隔离只用一个工作开关和L、D、 C组成的变换器电路最基本的为如下三种：（1）降压变 换器（buck converter）；（2）升压变换器（boost converter）；（3）降、升压变换器（buck-boost converter）。
BUCK电路基本原理ppt课件
编辑课件
10
Vo toff = (Vin – Vo) ton
Vo = D Vin
其中: D = Ton/ T 忽略功率损耗:
Vin Iin = Vo Io
Iin = IL = Io/D
编辑课件
5
3.两种工作模式
根据电感上电流是否连续可将其工作分为CCM和DCM。
CCM连续电流模式
在重负载电流时 IAVE > ½ IRipple
BUCK电路基本原理及工作方 式分析
编辑课件
1
1.BUCK电路基本拓扑
Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管 不隔离直流变换器。
图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为 f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期 Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。
开关频率及输出电压和负载电 流相关
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8
4.闭环控制思想
1. 上图所示的电流电压双闭环的模式； 2.首先满足电压环的控制，使其输出快速达到给定 电压，而后通过调整负载满足电流环的控制； 3.当然在电路出现故障时，优先满足电流环，可能 会出现电压输出较低的情况。
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9
5.PEU-BUCK电路
电感的电流总是由正方向流动 电流不会降到0
PWM控制,恒定开关频率工作 改变占空式调节输出
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输出负载电流下降 从CCM-DCM
CCM CCM有最小输出负载电流要求
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DCM
7
DCM不连续电流模式
在轻负载电流时 IAVE < ½ IRipple
电力电子技术Buck降压斩波电路ppt课件
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
巩固练习
数量关系计算： 1.有一开关频率100kHz的降压斩波电路，输入电压为20V，占
空比0.8，输出电流4A连续，要求输出纹波电压小于10mV ，求：1）维持电感电流临界连续的电感值LO；
二.工作原理：
3.在稳定条件下，
uO , uC
TS
VT周期性导通、关
UO
断，则电压、电流
t
波形周期性重复， 如图所示。 (续
0
i
t on
t o ff
上一页)
o
IO
0
t
i C I2 IO
0
t
I1 - IO
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
二.工作原理：
3.在稳定条件下，
VT周期性导通、关
uD
TS
断，则电压、电流波
Ud
形周期性重复， 如图所示。
DTS
0
t
uL
on
t off
t
U d
-UO
Ud Uo
0
t
Uo
-UO
iL
I2
IL
I1
t
0
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
二.工作原理：
依据电路参数的不同，本电路可以工作在电感电流连续状态、电感电流 临界连续状态及电感电流断续状态；下面以电感电流连续时为例。
BUCK电路 ppt课件
电压平均值（6.32V，纹波电压3.6V(57%)）
12x0.96（11.5V） 现在还不是BUCK
提示：R11功耗大，温度较高，小心烫伤，测试时间尽量不要太长。
BUCK电路
点石电子
点石电子
点石电子
点石电子
测试内容 先后接上D1、C5
1、开关管集电极电压（与PWM反相） VC_on Vin VC _ off 尖点锋石大电幅子减小
点石电子
12VDC ON
点石电子
GND
点石电子
OFF
点石电子
示波器夹子 （接地）
结果分析
波形（占点空石比电约子96%，与PWM波形反相点）石电子
电压（Max:12.6V,约等于Vin（12V），Min:-4V,<<-156V） D1在开关断开时为电感提供了电流回路，放电电流大，故尖锋电压小
未接C5时
提示：牢记电感的VA特性。
思考：为什么电流方向不变，电压方向可变？
BUCK电路
IL_av
g Im
i n Im
a xIm 2
in
点石电子
点石电子 I L _ max
I L _ avg I L _ min
点石电子
电磁感应定律 UL
n
T
(U in U O ) T O NU O T OFF
点石电子
UL
点石电子
实验板成品
点石电子
物料清单（实物）
点石电子
测试效果图
TL494工作点测试
开关管、电感测试
点石电子
BUCK电路
稳压控制环测试
点石电子
点石电子
频率补偿测试
点石电子
基本原理
功能模块 原理讲解
BUCK-电源工作原理ppt课件
•
Vin = 5V Vo=2.5V
•
Io=3.0A Fs=300KHz
• 根据前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5
•
Ton=0.5/300000=1.67uS
设： ΔIo=Io*10%=3.0*30%=0.9A
•
L=(Vin-V0)*Ton/ΔIo
•
=(5-2.5)*1.67/0.9
51
.
•.
52
.
• 应用电路：
53
26
上管驱动原理： •．
27
.
• MOS管的驱动电路：
28
控制部分： •.
29
PWM 调制原理 •.
30
PWM 调制原理
CPU工作时会根据负荷的大小发出一组VID代码 给电源IC，经过数/模转换后，得一模拟电压值， 即为CPU 所需的工作电压。电源IC 以此电压为 参考值，将之与CPU 实际电压信号的差值进行放 大，得到误差信号Vcomp, 再与电源IC 内部产生 的锯齿波信号进行比较，产生PWM信号，控制开 关管的关断，使输出电压调整到符合 VID 相应的 电位。
31
• 稳压原理：
.
32
.
•.
33
.
• 限流检测(限流）：
34
.
• 电流检测（通道平衡）：
35
主板电源类型：
•.
36
.
• 通道电流平衡： • 为使每通道的达到热平衡，需要每通道的电感电
流大小一致，IC内部处理方式：采样每通道的电 流，将各通道电流求和平均，与相电流相减，产 生一个误差信号Ier，再和Vcomp相减，调整各相 PWM 宽度，达到电流平衡，各相 Ier为零时，则 电流达到了平衡。 • 电流平衡是通过检测流过下管Rds(on)来实现的。
BUCK变换器 PPT
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
图3 BUCK变换器两种工作模式波形图
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：
❖ 3、电路达到稳定状态下：
｝
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：
图4 电压增益M与开关占空比D1关系图
不连续工作模式
❖ 1、MOS管导通阶段：
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。
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D1导通；电感释放能量；电容放电；输出Vo。
大家应该也有点累了，稍作休息
完全传递
（晶体管）串联于输入与输出之间。 ❖ 1.3、三端开关型降压稳压电源：
⑴、输入与输出的一根线是公用的。 ⑵、输出电压小于输入电压。
二、BUCK变换器的工作原理
图2 BUCK变换器电路工作过程
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
❖ 2、MOS管断开阶段：
了解BUCK电路
了解BUCK电路
Buck电路原理图
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。
Q1为三极管开关，PWM波控制。
Buck电路工作原理
当PWM波为高电平时，Q1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
当PWM波为低电平时，Q1关闭，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C1放电以及减小的电感电流维持，等效电路如图。
CCM及DCM定义
CCM (Continuous Conduction Mode),连续导通模式：在一个开
关周期内，电感电流从不会到0。
或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通从不回到0，功率管闭合时，线圈中还有电流流过。
DCM，(Discontinuous Conduction Mode)，断续导通模式：在开关周期内，电感电流总会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率开关闭合时，电感电流为零，相关文章推荐:认识电感器的重要作用与特性。
BCM（Boundary Conduction Mode），临界导通模式：控制器监控电感电流，一旦检测到电流等于0，功率开关立即闭合。
控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。
如果电感值电流高，而截至斜坡相当平，则开关周期延长，因此，BCM变化器是可变频率系统。
电流斜坡的中点幅值等于直流输出电流Io的平均值，峰值电流Ip 与谷值电流Iv之差为纹波电流。
BUCK电路案例分析图文说明
BUCK 电路案例分析图文说明BUCK 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值U o 总是小于输入电压U d 。
一、BUCK 电路工作原理Q1导通期间（t on ）：电力开关器件导通，电感蓄能，二极管D 反偏。
等效电路如图5.7(b)所示 ；Q1关断期间（t off ）：电力开关器件断开，电感释能，二极管D 导通续流。
等效电路如5.7 (c)所示；由波形图5.7 (b)可以计算出输出电压的平均值为：)0(1)(100⎰⎰⎰⋅+⋅==SononST tt d ST Sdt dt u T dt t u T U则：d dS onDU U T t U ==0，D 为占空比。
忽略器件功率损耗，即输入输出电流关系为：d d O d O I DI U U I 1==。
图4.6 BUCK电路工作过程二、电感工作模式分析下图4.7为BUCK电路中电感流过电流情况。
图4.7电感电流波形图电感中的电流i L是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。
1.电感电流i L连续模式：⑴在t on 期间:电感上的电压为dtdi Lu LL = 由于电感L 和电容C 无损耗，因此i L 从I 1线性增长至I 2，上式可以写成onLon O d t I L t I I LU U ∆=-=-12Od L on U U LI t -∆=)(式中△I L =I 2－I 1为电感上电流的变化量，U O 为输出电压的平均值。
⑵在t off 期间:假设电感中的电流i L 从I 2线性下降到I 1，则有offLO t I LU ∆=则，OLoff U I Lt ∆=可求出开关周期ＴS 为）(1O d O dL off on S U U U LU I t t fT -∆=+==fLD D U fLU U U U I d d O d O L )1()(-=-=∆上式中△I L 为流过电感电流的峰－峰值，最大为I 2，最小为I 1。
BUCK电路
开关电源拓扑结构分析（图文）一．非隔离型开关变换器（一）．降压变换器Buck电路：降压斩波器，入出极性相同。
由于稳态时，电感充放电伏秒积相等，因此：Ui-Uo）*ton=Uo*toff，Ui*ton-Uo*ton=Uo*toff,Ui*ton=Uo(ton+toff),Uo/Ui=ton/(ton+toff)=Δ即，输入输出电压关系为：Uo/Ui=Δ(占空比)图1：Buck电路拓补结构在开关管S通时，输入电源通过L平波和C滤波后向负载端提供电流；当S关断后，L通过二极管续流，保持负载电流连续。
输出电压因为占空比作用，不会超过输入电源电压。
（二）．升压变换器Boost电路：升压斩波器，入出极性相同。
利用同样的方法，根据稳态时电感L的充放电伏秒积相等的原理，可以推导出电压关系：Uo/Ui=1/（1-Δ）图2：Boost电路拓补结构这个电路的开关管和负载构成并联。
在S通时，电流通过L平波，电源对L充电。
当S断时，L向负载及电源放电，输出电压将是输入电压Ui+U L，因而有升压作用。
（三）．逆向变换器Buck-Boost电路：升/降压斩波器，入出极性相反，电感传输。
电压关系：Uo/Ui=-Δ/（1-Δ）图3：Buck-Boost电路拓补结构S通时，输入电源仅对电感充电，当S断时，再通过电感对负载放电来实现电源传输。
所以，这里的L是用于传输能量的器件。
（四）．丘克变换器Cuk电路：升/降压斩波器，入出极性相反，电容传输。
电压关系：Uo/Ui=-Δ/（1-Δ）。
图4：Cuk变换器电路拓补结构当开关S闭合时，Ui对L1充电。
当S断开时，Ui+EL1通过VD对C1进行充电。
再当S闭合时，VD关断，C1通过L2、C2滤波对负载放电，L1继续充电。
这里的C1用于传递能量，而且输出极性和输入相反。
二．隔离型开关变换器1．推挽型变换器下面是推挽型变换器的电路。
图5：推挽型变换电路S1和S2轮流导通，将在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。
库克变化电路(与“电流”有关优秀PPT文档)
电力电子技术
3.5 库克变换电路
1） Cuk变换电路也 有电流连续和断流 两种工作情况，但 这里不是指电感电 流的断流，而是指
流过二极管D的电 流连续或断流。
图3.5.1 库克电路及其电流连续时工作波形
第2页，共3页。
电力电子技术
3.5 库克变换电路
2➢➢➢）电临电工流界流作断期连连流流流情T续续在总的：况：：一是开在二在段大开通极开时于关时关管间管刻零管电内T二。T的流为的极关经关零管断t断。电时时流后间间正，内内好在，，降下二为二个极零极开管。管关电电周 电2电电1图1电1电1电 1电111流111电电11流电22电2） ） ） ） ） ） ） ） ）） ） ） ） ）流流流（流流流流总流流总流流库库库电库库库库库 库电电电CCCC连 连 连 a连 连 连断 是 连 断 是 连 连克克克uuuu路克）克克克克 克路路路续续续续续续 流大续流大续续kkkk电电电的(库(((((的的的变变变变CCCCCC：：：：：： ：于：：于：：路路路特克特特特uu换 u换 换 uu换u在在在在在在 在零在在零在在及及及kkkkkk点(点点点电电电电))))))C开开开变变开开变开 开变。变 开开变。开开其其其：：：：u路路路路关关关换换关关换关 关换换 关关换关关电电电k输输输输也也也也)管管管电电管管电管 管电电 管管电管管流流流出出出出有有有有路路路路路 路TTTTTTTTTTT连连连电 电 电 电电电电电的的的的的的 的的的的的属属属属属属续续续压压压压流流流流关关关关关关 关关关关关升升升升升 升时时时极极极极连连连连断断断断断断 断断断断断降降降降降 降工工工性性性性续续续续时时时时时时 时时时时时压压压压压 压作作作与与与与和和和和间间间间间间 间间间间间型型型型型 型波波波输输输输断断断断内内内内内内 内内内内内直直直直直 直形形形入入入入流流流流，，，，，， ，，，，，流流流流流 流电电电电两两两两二二二二二二 二二二二二变变变变变 变压压压压种种种种极极极极极极 极极极极极换换换换换 换相相相相工工工工管管管管管管 管管管管管电电电电电 电反反反反作作作作电电电电电电 电电电电电路路路路路 路，，，，情情情情。。。。。 。出出出出况况况况S入入入入，，，，端端端端但但但但电电电电这这这这流流流流里里里里纹纹纹纹不不不不波波波波是是是是小小小小指指指指，，，，电电电电输输输输感感感感出出出出电电电电直直直直流流流流流流流流的的的的电电电电断断断断压压压压流流流流平平平平，，，，稳稳稳稳而而而而o，，，，是是是是ff降降降降指指指指低低低低流流流流了 了 了 了过过过过对对对对二二二二外外外外极极极极部部部部管管管管滤滤滤滤DDDD的的的的波波波波电电电电器器器器流流流流的的的的连连连连要要要要续续续续求求求求或或或或。。。。断断断断流流流流。。。。
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8.BUCK变换器DCM稳态分析
由电感电压伏秒平衡原理有:
(V sV o)D 1 T sV oD 2T s
得: MVo D1 Vs D1D2
DCM模式下，BUCK变换器的稳态电压变比仍 永远小于1，但M不但与导通比D1有关，也与D2有 关，而D2取决于电路参数。Βιβλιοθήκη 9.DCM主要参量的稳态波形
15.單端正激變換器
16. 交換電晶體的耐壓
集极電壓被限制為﹕VCEmax=2Vin
17.ON時的集极峰值電流
磁化消磁電流為﹕
Imag
Vin DTs Lout
集极峰值電流為﹕
Ic
IL n
I mag
IL n
Vin DT s L
又﹐
Vout
Vin D n
Vin
nV out D
Ic
IL n
nT sVout L
IL n
18.ON時的集极峰值電流公式
由﹐
V in
LI p D max T s
L V in D max T s Ip
Pout
LI (
2
p )
2Ts
1 2
V
in
D
max
Ip
Ip
2 Pout
D max V in
Ic
設 D max
0 .4 ,
80 %,
則 Ic
6 . 2 Pout V in
19.DPS-500FB A Ip波形(2A/div)
20.Forward變壓器体積
S LI mag B max
l I mag H max
0 e I mag B max
V olume
0
I2
e mag
L
B2 max
其中﹐
BUCK电路解 析全解
1.BUCK变换器的电路拓扑
图（b）所示的三端开关器件有三個端子﹕有源元件的端 钮，称为有源端﹐用a表示；无源元件的端钮，称为无源端， 用p表示；有源元件和无源元件相连接的端钮，称为公共端， 用c表示。公共端c与能量传递电感L相连．
M主要参量的稳态波形
4.BUCK变换器CCM稳态分析
由电感电压伏秒平衡原理有:
(V s V o)D s T V o(1 D )T s
得:
M Vo D Vs
BUCK变换器的稳态电压变比永远小于1，所以 BUCK变换器也称为降压变换器。
M BUCK变换器稳态电压变比特性
M BUCK变换器电感电流纹波
电感电流纹波 I（峰值到平均值）为：
I mag
nT Vs out L
Kcrit
2L RTs
1 M
Kcrit 1 D1
当K>Kcrit时为连续导电模式，当K<Kcrit时为不连续导电模式。
13.Kcrit与M(D1)关系的图解
14.Buck變換器的优缺点
优点： 1 电路简单。 2 动态特性好。 缺点： 1 输入电流是脉动的，这将会引起对输入电源的电磁干扰，所 以在实际应用中常在电源与变换器之间增加一个输入滤波网络 2 稳态电压比永远小于1，只能降压不能升压； 3 开关晶体管发射极不接地．这将使其驱动电路复杂．
i
Vs Vo 2L
DTs
峰－峰值为：
iP
PVs
Vo L
D
Ts
假设效率为１，则输入输出的电流比为：
MI
Io IS
1 D
7.DCM MODE
当电感L较小，或电阻R较大，或开关颇率fS较低时， BUCK变换器也将工作在不连续导电模式下，如下图： ①晶体管导通，二极管截止。运行的时间长度为D1Ts； ②晶体管截止，二极管导通。运行的时间长度为D2Ts； ③晶体管和二极管都截止，运行的时间长度为Ts-(D1+D2)Ts
10.D2与电路参数的关系推导
Io
Vs Vo 2L
D 1T s ( D 1
D 2)
Vo R
得﹕ 1 1 V s V o 2 L
1
M
Vo
RT s D 1 ( D 1 D 2 )
得﹕ M
D1
D1
D1
K D1
D2
D1 D2
D
＝
2
K
D
＋
1
D2
D
＝
2
D1 ( 2
1＋
4K
D
2 1
1)
得﹕ M V o D 1
2
Vs
D1 D2
1
1
4K
D
2 1
11.DCM与CCM模式的稳态电压变比曲线
12.DCM与CCM的临界条件
i Io 是连续与不连续导电模式的分界条件，则有：
I Voi(VsVo)D 1Ts
oR
2L
可得BUCK变换器连续与不连续导电模式的临界条件为：