BUCK电路基本原理与计算

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内容提纲
背景
Buck变换器的工作原理 Buck变换器的主电路设计 Buck变换器的建模 Buck变换器的补偿网络设计 小结
2013-10-24
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系统框图
相角裕度 如何衡量一个系统的动态性能
幅值裕度
iQ
Q ON
i Lf max
t
Q OFF
Vin Vo
i Lf max t t
Lf Q Vin Cf
RLd + Vo _
icf vo Q
Vo
t
Vo t 0 Ton Toff Tdis
'
Q OFF
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Ts
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内容提纲
背景
Buck变换器的工作原理 Buck变换器的主电路设计 Buck变换器的建模 Buck变换器的补偿网络设计 小结
Tvo为输出电压闭环环路增益
R
RL f
vo
Z out ( s )
RC f

Tvo 1 Gvovin Zout vo vo _ ref vin io 1 Tvo Kvo 1 Tvo 1 Tvo
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输出电压闭环误差放大器的设计
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主电路设计
Lf RLd + Q Vin D Cf Vo _
i Lf u t u t Lf i
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u Cf i t i t Cf u
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磁性元件设计
90
Tvo KvoGvo K0Gvouvo
令 Gvo 1
KVin Kvo K 0Gvo Vm
|Tvo_c|(dB)
|Tvo_u|(dB)
45
补偿后幅频曲线
Tvo_u(° 0 )
补偿前相频曲线
-45
Tvo_c(° )
补偿前幅频曲线
补偿后相频曲线
将 K0 1 代入
-90
Tvo _ u
1 R // RCf sC V f K vo in Vm 1 sL f RLf R // sC f
k k k
Vin
RCf
IQk dk I L
ˆ ˆ ˆ iQk (s) DiL (s) I L dk (s)
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RLd // RCf sC f vo s 1 R // R sL Rd s vDk s f Vin Lf sC f s Cf Dv in
R 20log | Tvo _ u ( fC ) | 20log 2 R1 1 Ⅲ.10fz＝0.1 fC C 2 f Z R2
R2 R1 10
20 N
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小节
介绍了Buck变换器的工作原理。
介绍了Buck变换器中无源器件的计算方法。 介绍了Buck变换器的小信号建模。 介绍了Buck变换器的补偿网络设计。
vo s vin s
d ( s )0
1 RLd // RCf sC f 1 sL f RLf R // RCf sC f 1 RLd // RCf sC f 1 sL f RLf R // RCf sC f
Buck变换器的工作原理 与设计
报告人： 冯颖盈
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内容提纲
背景
Buck变换器的工作原理 Buck变换器的主电路设计 Buck变换器的建模 Buck变换器的补偿网络设计 小结
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背景
i Lf min t t
t
Q OFF
vo Vo t 0 Ton Toff Ts
Vo / Vin = D
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DCM下的工作原理
vbe
Lf Q Vin Lf Q Vin Cf Cf
t
RLd + Vo _ RLd + Vo _
vL iD i Lf i Lf max t
PI调节器电路图与幅频相频曲线
R2 C
增益 (dB)
20log|R2 /R1 |
fz
相角 (deg)
Vfb
R1
0
Vref
0.1fz 10fz
0 -90
1 s R R2C GPI 2 R1 s
Ⅰ.选取输出电压闭环的截止频率fC Ⅱ.确定R2和R1 ： 取R1＝10K，求
fz
1 2 R2C
穿越频率
和稳态性能指标?
K vo
vin
Gvo vin
Z out
io
vo
vo _ ref
Gvo
V EAvo
K0
u vo
Gvouvo
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小信号建模的方法
DC-DC 变换器的建模方法
数字仿真法 离散法 直接 数字 仿真 间接 数字 仿真
Z out
io
vo
vo _ ref
Gvo
V EAvo
K0
u vo
Gvouvo
io
Z out
源自文库
vo 1 R // RC f // RL f sL f io sC f


KVin Vm

sL f
1/ sC f
Tvo KvoGvo K0Gvouvo Kvo K 0Gvo
RCf
-135 -180 1 1 10 f (kHz)
3
10
100
1 10
4
1 10
5
补偿前 截止频率 相角裕度 1.6kHz 35°
补偿后 3.3kHz 50°
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Tvo _ c
KVin Kvo 1 GPI Vm
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D Gvovin
输入电压对输出电压
的传递函数
vo s d (s)
vin s 0

Vin Gvod
占空比对输出电压 的传递函数
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阻抗及环路增益的计算
K vo
vin
Gvo vin
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谢 谢 ！ 请多指教！
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vbe t
i Lf max
u t Lf i i t Cf u
iLf Io
i Lf min t i Lf max
iQ
i Lf min t
i Lf max
iD
i Lf min t Vin Vo Vo
vL
t
ESR
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Vpp I pp
icf Q vo Vo t 0 Ton Toff Ts t
Buck变换器的工作原理 Buck变换器的主电路设计 Buck变换器的建模 Buck变换器的补偿网络设计 小结
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直流变换器的分类
ƀ 不隔离的直流变换器：可分为单管、双管和四管。
◎单管：Buck 、Boost、Buck/Boost、Cuk、Zeta和Sepic； ◎双管：双管串接的升降压式(Buck/Boost)变换器；
解析建模法 连续法 连续离散结合法
平均值等效电路法
状态空间平均法
电流注入等 效电路法
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等效受控 源电路法
三端开关等效 电路模型法
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等效受控源电路法
IQ(s)
Q D VD(s)
Lf
RLf Cf
RLd + Vo _
ˆ Vin ( s) Vin vin ( s) ˆ VDk ( s) VDk vDk ( s ) ˆ I L ( s) I L iL ( s ) ˆ d (s) D d (s)
ƀ 隔离的直流变换器：单管、双管和四管
◎单管： Forward 、Flyback ； ◎双管：双管Forward 、双管Flyback ； ◎四管：Full bridge converter。
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Buck变换器的工作原理 Buck变换器的主电路设计 Buck变换器的建模 Buck变换器的补偿网络设计 小结
VDk dkVin 1

vDk s
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传递函数
1 RLd // RCf sC f vo s 1 sL f RLf R // RCf sC f
Vin d s Dvin s
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CCM下的工作原理
Lf Q Vin Cf RLd + Vo _
iQ
vbe iLf Io i Lf max i Lf min
i Lf max
t
i Lf min t
Q ON
Lf Q Vin Cf
iD
t
i Lf max
RLd + Vo _
icf Q vL Vin Vo Vo