Buck电路原理分析详解

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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
通过上述参数定义以及计算,可以得到相关参数的理论值:

参照图八,可以得出仿真结果,

Buck电路原理分析
蓝色:电感电流 红色:电感电压
绿色:开关驱动
棕色:输出电压
图八
Buck电路原理分析
2、CCM模式仿真验证:在上述BCM分析的基础上,得出储能电感的电感量80uH为临界 点,由系统工作在CCM的条件,可以将储能电感电感量设置为120uH,理论计算:







由图十的仿真波形可以得出,消磁时间












Buck电路原理分析
蓝色:电感电流 红色:电感电压 绿色:开关驱动 棕色:输出电压
图十
Boost电路 Buck-Boost电路
Boost电路 Buck-Boost电路
间。根据伏秒积平衡有:







同样,在一个周期对电感电流进行分析:


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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:

















当Q管导通时
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BUCK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
Buck电路原理分析
一、Buck电路原理图









参照图九,可以得出仿真结果,








Buck电路原理分析
蓝色:电感电流 红色:电感电压
绿色:开关驱动
棕色:输出电压
图九
Buck电路原理分析
3、DCM模式仿真验证:在上述BCM分析的基础上,得出储能电感的电感量80uH为临界 点,由系统工作在DCM的条件,可以将储能电感电感量设置为40uH。重点验证输入输 出电压关系以及输出平均电流关系。
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,


因此,电阻可定义为







, T为工作周期,D为占空比: 为Q管导通时间,所以,




伏秒积平衡 即
开关管Q1关断时,同理根据KVL定律:
忽略二极管 的正向压降,有





①=② ,可以得出:

Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM



















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










2、如果工作在BCM模式,则令






> ,
3、如果工作在CCM模式,则令












Buck电路原理分析
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
1、CCM Mode:
开关管Q1导通时,根据KVL定律:



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 L 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 效电路如图三
N
图三
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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 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:


,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




所以,平均电流


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 时,工作模式也逐渐从CCM进入BCM。根据伏秒积平衡 :









同样,在一个周期进行分析,


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
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
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