(待打印)BUCK电路的重要分析及公式推导
开关电源学习笔记(含推导公式)
《开关电源》笔记三种基础拓扑（buck boost buck-boost ）的电路基础： 1， 电感的电压公式dtdILV =＝T I L ∆∆，推出ΔI ＝V ×ΔT/L2， sw 闭合时，电感通电电压V ON ，闭合时间t ON sw 关断时，电感电压V OFF ，关断时间t OFF3， 功率变换器稳定工作的条件：ΔI ON ＝ΔI OFF 即，电感在导通和关断时，其电流变化相等。
那么由1，2的公式可知，V ON ＝L ×ΔI ON /Δt ON ，V OFF ＝L ×ΔI OFF /Δt OFF ，则稳定条件为伏秒定律：V ON ×t ON ＝V OFF ×t OFF4， 周期T ，频率f ，T ＝1/f ，占空比D ＝t ON /T ＝t ON /（t ON ＋t OFF ）→t ON ＝D/f ＝TD→t OFF ＝（1－D ）/f电流纹波率r P51 52r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值ΔI ＝E t /L μH E t ＝V ×ΔT （时间为微秒）为伏微秒数，L μH 为微亨电感，单位便于计算 r ＝E t /（ I L ×L μH ）→I L ×L μH ＝E t /r →L μH ＝E t /（r* I L ）都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适，具体见 P53电流纹波率r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 在临界导通模式下，I AC ＝I DC ，此时r ＝2 见P51 r ＝ΔI/ I L ＝V ON ×D/Lf I L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/Lf I L →L ＝V ON ×D/rf I L 电感量公式：L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/rf I L ＝V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面：A,I PK ＝（1＋r/2）×I L ≤开关管的最小电流，此时r 的值小于0.4，造成电感体积很大。
(待打印)BUCK电路的重要分析及公式推导
(Vg V ) DTs V (1 D)Ts ….(3)
由式(3)可得：
D
V ……………………….(4) Vg
M/DCM 区别及 Buck 线路的边界条件 开关转换线路是否工作在 CCM 或者 DCM,主要取决于流过电感电流是否连 续，当电感电流连续时，则开关转换器工作于 CCM(current continuous mode);当 电感电流不连续时，则开关转换器工作于 DCM(current discontinuous mode)。 当开关转换线路工作于 CCM/DCM 边界，对于 buck 线路而言，即流过电感的 电流纹波与输出电流相等即：
Buck circuit analysis and design
1. the schematic of buck circuit buck 线路（降压线路）的原理图如图 1 所示，降压线路的基本特征为： 输出电压低于输入电压，输出电流为连续的，输入电流是脉动的。
Fig 1.Schematic of buck circuit 1.1. The process of working 左图为降压线路工作时的理 想波形。 输出 0 t DTs 开关管导通时， 电感储能，流过电感的电流线性 增加，同时给负载提供能量； di L Vg V ……………….(1) dt 输出电 DTs t Ts 开关管关断， 感通过 diode 进行续流，流过电 感的电流线性减小。 di L V ………………….(2) dt 依据电感伏秒平衡原理可得：
d v(t ) v(t ) C i L (t ) ……………………………….(19) dt R
i g (t ) d (t ) I L d i L (t ) ………………Байду номын сангаас……………(20)
buck电路参数计算
buck电路参数计算Buck电路是一种常见的DC-DC降压转换器，广泛应用于电子设备的电源管理中。
本文将详细介绍Buck电路的参数计算方法。
Buck电路的基本原理是通过切换开关管控制电感储能和输出电容放电，从而实现将输入电压降低到输出电压的转换。
在实际电路中，开关管通常采用MOSFET或BJT管。
Buck电路的主要参数包括输入电压Vin、输出电压Vout、输出电流Iout、开关频率f、开关管的导通电阻Rds(on)以及电感L和输出电容C等元器件参数。
其中，输入电压和输出电压是电路的基本需求，常由实际应用确定。
输出电流和开关频率则是根据实际负载和转换效率进行选择。
接下来，我们将分别介绍Buck电路中电感和输出电容的参数计算方法。
首先是电感L的计算。
电感是Buck电路中储能和滤波的重要元件，其大小直接影响电路的转换效率和输出波形。
电感的计算依据是输出电流Iout和开关频率f。
常用的计算公式为：L = (Vin - Vout) × D / (f × Iout)其中，D为开关管导通比，通常在0.4-0.8之间选择。
电感的选取应考虑其饱和电流和电流波形等因素，以保证电路的正常运行。
其次是输出电容C的计算。
输出电容是Buck电路中输出滤波的重要元件，其大小直接影响输出电压的稳定性和纹波水平。
输出电容的计算依据是输出电压Vout和开关频率f。
常用的计算公式为：C = Iout × (1 - D) / (f × ΔV)其中，ΔV为输出电压纹波的允许值，通常为输出电压的1%-10%。
输出电容的选取应考虑其漏电流和ESR等因素，以保证电路的正常运行。
我们需要考虑的是开关管的参数选择。
开关管的主要参数包括导通电阻Rds(on)和最大耗散功率Pmax。
导通电阻Rds(on)越小，开关管的损耗越小，但其价格也越高。
最大耗散功率Pmax应根据电路实际负载和工作环境进行选择，以保证开关管的正常工作和寿命。
buck电路电感发热计算
buck电路电感发热计算Buck电路电感发热计算。
今天咱们来唠唠Buck电路电感发热计算这个事儿。
这可是个挺有趣但又有点小复杂的问题呢。
一、Buck电路基础。
首先呢，咱们得先搞清楚Buck电路是啥。
Buck电路呀，就像是一个小小的电力魔法师，它的主要任务就是把输入的高电压变成我们想要的低电压。
你可以想象它是一个超级智能的电压“瘦身器”。
在Buck电路里，电感可是个超级重要的角色。
它就像一个能量储存小仓库，一会儿把电能存起来，一会儿又把电能放出去。
电感的存在让整个电路的电压转换变得平滑又稳定。
要是没有电感，那Buck电路就像是少了一个关键零件的机器，根本没法好好工作啦。
二、电感发热的原因。
那电感为啥会发热呢？这就像是我们跑步跑久了会出汗发热一样。
电感在工作的时候，电流通过它的线圈。
大家都知道，电流通过导线的时候会产生热量，这就是所谓的焦耳热啦。
而且呢，电感在储存和释放能量的过程中，也会有一些能量损耗，这些损耗最后也会变成热量散发出来。
另外呀，电感的磁芯也会对发热有影响。
磁芯在交变磁场的作用下，会产生磁滞损耗和涡流损耗。
这就好比磁芯在磁场这个“大舞台”上跳舞，跳得太欢实了，就会消耗一些能量，然后变成热量啦。
三、电感发热计算的重要性。
咱们为啥要计算电感发热呢？这可不是闲着没事儿干哦。
如果电感发热太严重，就像一个人发烧烧得太厉害一样，会影响电感本身的性能。
比如说，它的电感值可能会发生变化，这样一来，Buck电路的电压转换就会出问题啦。
而且呀，过度发热还可能会把电感给烧坏，那整个Buck电路可就罢工了。
从整个电路系统的角度来看，计算电感发热可以帮助我们合理地选择电感的型号和参数。
就像我们买衣服要选合适的尺码一样，选对了电感，就能让Buck电路高效又稳定地工作。
四、电感发热计算的方法。
（一）基本公式。
1. 对于焦耳热部分，我们可以根据焦耳定律来计算。
焦耳定律的公式是Q =I^2Rt，这里的Q就是产生的热量，I是通过电感的电流，R是电感线圈的电阻，t是时间。
BUCK_电源工作原理解读
2019/2/24
两种电路比较： .
2019/2/24
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• 同步电路应用实例：
2019/2/24
• 同步整流电路特点： • 同步整流电路用下MOS管代替开关换器的续流二 极管，其导通电阻小，大大降低了整流损耗，提 高了电源效率。 • 因下管作续流管用，所以要求其体二极管的反向 恢复电荷小，栅极电阻小，用开关特性好等。 • 为一避免上下管同时导通，要求两管的驱动信号 间须留有一死区时间，在死区时间内，电流从下 管的体二极管内流过，增加了损耗。
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• 稳压原理：
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• .
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• 限流检测(限流）：
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• 电流检测（通道平衡）：
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主板电源类型：
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• 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。
• 保证漏源极间的压差使MOS管工作在放大状态: • 当输出为静态负载时，可在 IC 一二脚间并联一小电容， 减小输出纹波； • 动态负载时则不需此电容，以提高电路的动态响态速度。
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• MOS管的工作状态：
iD
vDS /V
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• 线性电源
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• 求复合管的输出电压： • 根据上图得NPN管的Vb= R235/(r234+R235)=2.2V • 则 Vo=2.2V-0.7V=1.5V • 分析此问题时，忽略了Ib的影响，因此在确 定电路参数时，使IR 235>> Ib, 在输出负载 变化引起Ib 变化时,使 Vb 不受太大影响,保 证输出电压的稳定。
Buck电路工作原理详解
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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
当感开 电关 流管 线Q性1减驱少动，为输低出电电平压时靠，输开出关滤管波关电断容，C储L1放能电电以感及L1减通小过的续电流感二电极流管维放持电，，等电
效电路如图三
N
图三
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L m in
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
80uH
(10 5) 0.5 20KHz 2I o
,
I
o
0.78 A
因此，电阻可定义为
R
Vo Io
5 0.78
6.41
通过上述参数定义以及计算，可以得到相关参数的理论值：
V o V in D 10 0.5 5V , I Lmax 2I o 0.78 2 1.56A, I Lmin 0A
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 Lmin Lmax T D Lmin T Lmax 1 D Lmin T Lmax
2
2
2
所以，平均电流
I I S
图九
蓝色：电感电流 红色：电感电压 绿色：开关驱动 棕色：输出电压
dcdc buck电路的计算
dcdc buck电路的计算（原创实用版）目录1.DC/DC Buck 电路概述2.DC/DC Buck 电路的计算方法3.DC/DC Buck 电路的性能分析4.总结正文一、DC/DC Buck 电路概述DC/DC Buck 电路，即直流/直流降压电路，是一种常见的电源电路，主要用于将高电压转换为较低电压以供电子设备使用。
DC/DC Buck 电路的优势在于其高效率、较小的体积以及较低的成本。
在实际应用中，该电路广泛应用于通信、计算机、工业控制等领域。
二、DC/DC Buck 电路的计算方法DC/DC Buck 电路的计算主要包括以下几个方面：1.选择合适的器件参数选择合适的晶体管、电感、电容和二极管等器件参数，是设计 DC/DC Buck 电路的关键。
需要根据所需的输出电压、电流以及输入电压等参数进行选择。
2.电感器的计算电感器的计算主要包括确定电感值、电流变化率等参数。
通常情况下，可以使用以下公式进行计算：L = (Vout * Iout) / (3 * Vdir * f)其中，Vout 为输出电压，Iout 为输出电流，Vdir 为输入电压，f 为开关频率。
3.电容器的计算电容器的计算主要包括确定电容值、输出电压等参数。
通常情况下，可以使用以下公式进行计算：Cout = (Vout * Iout) / (3 * Vdir * f)其中，Vout 为输出电压，Iout 为输出电流，Vdir 为输入电压，f 为开关频率。
4.开关频率的选择开关频率的选择需要考虑电路的效率、输出电压的纹波以及电磁干扰等因素。
通常情况下，开关频率的选择范围为几百 kHz 至几 MHz。
三、DC/DC Buck 电路的性能分析DC/DC Buck 电路的性能分析主要包括以下几个方面：1.转换效率转换效率是衡量DC/DC Buck 电路性能的重要指标，其计算公式为：η = (Vout * Iout) / (Vin * Iin)其中，Vout 为输出电压，Iout 为输出电流，Vin 为输入电压，Iin 为输入电流。
Buck电路的多角度干货解析
Buck电路的多角度干货解析描述1. Buck 电路的模型Buck 电路是最常见的电路，具体电路结构如图所示。
对其进行等效，得到的等效电路如图 2 所示：对图1 进行等效后得到徒图2 电路，可以看出相当于一个脉冲波形的输出，高电压幅值为Vin，即图1 输入直流的电压值，低电压为0。
由于图1 中D1 的存在，使得电流只能单向流动，因此在图2 中等效为串联二极管D2。
2. Buck 电路的常规角度分析2.1 时域分析方法下面按着电容充放电和电感充放电进行时域分析。
时域分析的过程是按着输入电压的高与低，分析电路里电容电压和电感电流的变化过程。
这个分析过程可以按着大多课本上面所讲述的过程分析，从CCM模式到DCM 模式。
(1)CCM 模式当输入电压为Vin 时，电感电流增加，电流小于输出负载电流iL，此时的负载电流由电感和电容同时提供。
当电流逐渐增加到大于输出的平均电流的时候，电感电流为负载和电容提供能量。
当输入为0，即开关管关断时，电感电流下降，此时电流依然大于输出平均值，电容电压延续上述上升的趋势，直至电感电流小于输出平均电流，电容开始放电，完成一个开关周期的循环过程。
具体的波形如下：(2)DCM模式在 DCM 模式下，电感的电流在开关管管断后的一段时间后逐渐减为零，此时的等效输入电压为输出电压值，具体的波形如图4 所示。
在 CCM 模式下，电压的输出值与输入值之间是正比关系，比例系数为占空比D。
在DCM 的模式下电压会被抬升，具体的关系和电路的参数、开关频率以及占空比相关。
具体的推导关系为：其中根据此公式可以看出，当电路输出开路，即电阻无穷大的时候，输入等于输出。
2.2 相平面分析上面的分析过程中，电感电流以及电容的电压都被看作是三角波的上升和下降，其实在有些过程中这些状态变量是正弦变化的，下面从相平面的方式分析它的工作过程。
(1)CCM 模式CCM 模式下的电路的相平面图为图5 所示，红色部分为电感电流和电容电压的变化范围和变化过程。
BUCK_电源工作原理
2020/10/12
Buck电路工作原理分析
• 电感电流：
2020/10/12
Buck电路工作原理分析
• 输出电容的电流波形：
• 电感电流： • 输出电容电流：
• 要选择工作纹波电流大，ESR小的输出电容，为 降低输出纹波电压，可用多个小容量的电容并联 使用。
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Buck电路工作原理分析
2020/10/12
电路分析： • 当电路中上管导通时，源极电压等于电源
输入电压，因此驱动管的栅极电压 =Vin+Vgs, IC 不能直接驱动，IC 内部将上 管的驱动路采用浮地的方式，外接自举电 容组成偏置电路来驱动上管。
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上管驱动原理： •．
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• MOS管的驱动电路：
Buck电路工作原理分析：
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•.
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Buck电路工作原理分析：
D
S Vin
L
Vo
Io S
T
D
1-D
Vin-Vo
UL
根据L的伏秒平衡原则：
IL
-Vo
I o
Io
(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T
Vo=Vin *D
Is
根据L在1-D时间的基本方程：
L*ΔIo=Vo *(1-D)T
•
IL=sqrt(2*Vo2/LR)
•=
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两种模式下的工作电流波形： •.
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Buck电路工作原理分析
电感电流波形： CCM
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Buck电路工作原理分析 电感电流波形：DCM
从Buck起步,BUCK电路拓扑推导公式了解
从Buck起步，BUCK电路拓扑推导公式了解课程介绍开关电源总是从Buck起步，Buck是基础，先要弄清它原理。
电源三大拓扑Buck、Boost、Buck-Boost，这三大拓扑其实挺像的，分不清啊？那是你找不到方法，只要记住电感所接的位置就好分了。
电感接到输出就是Buck拓扑，再复杂的电路也逃不掉基本规律。
这两个课程我们就来做开关电源的BUCK电路拓扑的详细推导。
专栏课程学习获得：1. 通过举例讲解开关电源工作的方式.开关电源的工作原理.2. 通过举例开关电源工作方式与线性电源工作方式的区别.3. 分析和讲解为什么线性电源的效率比较低,开关电源的效率比较高?4. 讲解开关电源是如何实现能量转移的?以及如何实现稳定电压输出?如何进行调节的?为什么说输入电压的变化以及负载的变化会影响调节?为什么会有纹波的产生?为什么说速度响应是衡量开关电源的重要指标?5. 详细分析开关损耗是如何产生的?如何控制温升?温升对系统有哪些危害?6. 开关电源体积与频率的关系?以及开关电源的效率问题。
7. 开关器件的如何选择?详细分析MOSFET,IGBT,三极管各自的有点和缺点。
8. 详细推导开关电源的BUCK电路拓扑的过程。
9．引入重要模拟电路中重要器件：电感。
10. 详细讲解电感电压的的形成和公式计算，电感电压受什么参数影响？如何改变电感两端电压？11. 详细讲解电感电压的与电感中电流大小以及电流变化率的相互关系。
为什么说电感电流大小连续而电流变化率是不连续的？12. 详细讲解电感中的电流波形的三种模式。
13. 为什么说电感电流在通电和关断后会发生变化？它的内在根本原因又是什么？14. 如何实现电感的能量守恒？为什么说只有电感电流达到稳定状态才能为我们使用？电感电流的变化如何实现可控？。
Buck电路分析
Buck 电路参数选择原理和计算3.1 参数选择原理在Buck 电路中的电感L 和电容C 组成低通滤波器，此滤波器的设计原则是，使输出电压的直流分量可以通过，抑制输出电压的开关频率及其谐波分量通过。
但是，构建一个能够让直流分量通过而且完全滤除开关频率及其谐波分量的完美的滤波器是不可能的，所以，在输出中至少有一小部分是由于开关产生的高频谐波。
因此，输出电压波形事实上如图3.1所示，可以表达为)()(00t u U t u ripple +=（3.1）U )(t ripple (0t u图3.1输出电压波形所以实际的输出电压由所需要的直流分量0U 加少量的交流分量ripple u 所组成，交流分量由低通滤波器未能完全衰减的开关谐波所产生。
由于直流变换器的作用使产生所需的直流的输出，因此希望输出电压开关纹波应很小。
所以，通常可以假设开关纹波的幅值远远小于直流分量，即0maxU u ripple<<（3.2）因此，输出电压近似为直流分量0U ，而忽略其小纹波成分ripple u ，即00)(U t u ≈（3.4）上述近似称为小纹波近似，或称线性纹波近似，可大大简化变换器波形的分析。
下面分析电感电流波形，进而得出电感的计算公式。
通过电感电压波形的积分可以得到电感电流。
开关在位置1时，电感在左侧与输入电压d U 相连，电路简化为下图3.1（a ）。
电感电压为)()(0t u U t u d L -=（3.5）dU )(0t u（a ）)(0t u（b ） 图3.1如上所述，输出电压)(0t u 为其直流分量0U 加小的交流纹波成分)(t u ripple 。
采用小纹波近似，式（3.4）中的)(0t u 用其直流分量0U 代替，得到0)(U U t u d L -=（3.6）开关在位置1时，电感电压等于0U U d -，如图3.1（b ）所示。
电感电压方程为dtt di Lt u L L )()(= （3.7）在第一个子区间，由上式可以解得电感电流波形的斜率为LU U Lt u dtt di d L L 0)()(-== （3.8）由于开关在位置1时，电感电压近似为常量，因此电感电流的变化率也近似为常数，电感电流线性上升。
BUCK电路的分析法
BUCK变换器的统一分析法摘要：针对现有教材中存在的直流变换器的分析方法不统一、对BUCK变换器的电量参数缺乏讨论、BUCK变换器输入输出电压比例关系不完整等问题。
本文在分析方法上加以改善，利用安秒平衡关系分析电感电流，在此基础上计算电路各参数对电流纹波和电压纹波的影响，综合连续（CCM）和断续（DCM）两种工作模式，给出BUCK变换器整个工作范围内的输入输出电压比例关系式及其关系曲线。
本文所采用的BUCK变换器统一分析方法，可以简化BUCK变换器的分析和设计过程，有助于更准确深入的理解BUCK变换器，且具有普适性，可用于其它直流变换器的分析。
关键词：BUCK变换器统一分析法；连续（CCM）和断续（DCM）工作模态；纹波电压；纹波电流；输入输出电压比0 引言BUCK变换器是直流-直流变换电路中的基本电路之一，掌握BUCK变换器的工作原理有助于学习其他直流-直流变换电路。
但现有教材对BUCK 变换器的分析常存在以下几点不足[1~9]：1）BUCK 变换器带反电动势负载，而其他变换器则带电阻负载，负载对象不同，分析方法不统一；2）缺乏对Buck变换器中电量参数的讨论，如分析电感大小与电流纹波、电容大小与电压纹波之间的关系；3）只给出BUCK变换器在连续导电模式（CCM）下输入输出电压的关系，没有给出断续导电模式（DCM）下输入输出电压关系。
文献[10~11]虽然给出CCM和DCM模式下输入输出电压比与占空比的统一关系式，但物理意义不明确，且判断变换器的工作状态较为繁琐。
针对以上情况，本文介绍了一种BUCK变换器的统一分析法，其特点如下：1）利用“安秒平衡”关系计算电感电流，且这种算法具有更广泛的适用性；2）给出电感电流变化量与电路各参数、电容电压变化量与电路各参数的关系式，得出电路各参数的大小对电流纹波和电压纹波的影响，有助于改善变换器的分析设计；3）给出BUCK变换器整个工作范围内（CCM和DCM）输入输出电压比的关系式，直观地展现电路各参数及占空比对输出电压的影响。
BUCK电路
t Imax I0=IL=IDC
C
Imin
C
t
M
t
B C
t
M
t
D C
t
M
t
L=（U0(1-D)）/(I0*K*f)
充电角度考虑电压：
Uon=Uin-U0=L（di/dt）=L（△I/ton）=L（(I0*K)/TD） =L（(I0*K*f)/D）
L=（(Uin-U0)D）/(I0*K*f) 电流:I=1.2Ipk=1.2*1.2*I0
Ipk=I0*(1+K/2)=1.2I0
电 Uoff和Uon不一定相等，为啥呢？
感 Uoff等于-Uout
电 UOn等于Uin-Uout
流
Uoff*toff
= Uon*ton
U0*toff
= (Uin-U0)*ton
U0*(ton+toff) = Uin*ton
U0
= Uin*D
电
选型：D：占空比(D=U0/Uin)，K：纹波率，T：周期
toff
第三种：断续模式
DCM
电 总结：
感 1、斜率与电感的感应电压有关，与电流无关。
电 2、电感的电压与开关的动作相反。
压 3、电感的电压由Vin和Vout决定的。
4、电感上的平均电流等于负载电流。
5、电感的平均电流位于电感电流的几何中心。
电感伏秒法则：
Uoff*toff = Uon*ton (积分法)
电
Uoff(关断时电感两端电压)=U0
流
开关：电压Uin，电流IL*D
二极管：电压Uin,电流IL*(1-D)
电容：电压1.5U0, 电
电感：充电放电效果一样
Buck电路原理分析详解
Buck电路原理分析详解目录一、内容描述 (2)1.1 文档目的和背景 (2)1.2 Buck电路概述及重要性 (4)二、Buck电路基本原理 (5)2.1 开关电源基本原理介绍 (6)2.1.1 开关电源工作特点 (7)2.1.2 开关电源主要组成部分 (8)2.2 Buck电路工作原理分析 (9)2.2.1 输入与输出电压关系 (11)2.2.2 电流路径及波形分析 (11)三、Buck电路组成与关键元件 (12)3.1 主电路组成 (14)3.1.1 输入滤波电路 (15)3.1.2 开关管及其驱动电路 (16)3.1.3 变压器与输出整流滤波电路 (17)3.2 控制电路介绍 (18)3.2.1 PWM控制原理及波形产生 (20)3.2.2 保护功能实现 (21)四、Buck电路工作原理详解 (23)4.1 工作模式分析 (24)4.1.1 稳态工作模式及特点 (26)4.1.2 瞬态响应及恢复过程 (26)4.2 波形分析 (27)4.2.1 关键波形示意图解 (30)4.2.2 波形与性能关系探讨 (31)五、Buck电路性能优化与改进方向 (32)5.1 性能优化措施探讨 (34)5.1.1 提高效率途径分析 (35)5.1.2 减小体积和重量方法论述 (36)5.2 新型技术与应用趋势分析 (37)5.2.1 数字控制在Buck电路中应用前景 (38)5.2.2 智能管理与调节技术应用探讨 (40)六、Buck电路设计实践与案例分析 (41)一、内容描述Buck电路是一种广泛应用于开关电源中的电压转换电路，其核心原理是通过控制开关管（如MOSFET或IGBT）的导通与截止，来实现输入电压的有效降低和输出电压的稳定输出。
在Buck电路中，输入电源的能量通过开关管传递给输出负载，而开关管上的损耗则通过续流二极管进行自然续流，从而确保电路的稳定运行。
本文档将围绕Buck电路的工作原理、主要组成部分、工作过程以及性能特点进行全面深入的分析和详细讲解。
buck电路参数
标签：BUCK电源设计之BUCK电路-2偶是电源方面的菜鸟，继续考虑与分析，希望能够把这部分知识给牢固掌握，并涉及最主要的点，难免有不好错误和遗漏的地方，请各位电源高手不惜指教。
首先把设计需要的信息输入到我们定义参数中，如下图所示：初步确认占空比和电感电流范围：这里需要交代的是，我们在设计BUCK电路过程中，在需要确保负载电流范围需要保证负载不进入断续模式，按照示意图所示中，当进入断续模式时，会产生Ring的情况。
继续扩展，连续与断续的分界线为：采用电路的特征参量去分析，确实简洁，但是并没有体现出输入电压与输出电流之间的关系特征产量的三个参量为1.PWM周期2.电路的主电感量3.电路输出负载以上反应的关系实质上是指输出电流与占空比的关系，而输出电压一般是确定的，因此等同于输入电压与输出电流之间的关系，以上的式子并没有清晰的反应出来，以下的推导可直观的表示出来：可发现，如果电感选择过小，则会导致在设计电流范围内，电路进入了断续模式，而且在正常的电流变化过程中，电路在两种模式中不断变化，存在临界点，这是不能接受的，通过选择电感后，可得到以下图形：因此我们在选择电感和电容的初步选择，需要满足以下的关系：电容的计算式子：电容与电感量是有关系的，因此先选择电感量是关键。
电感和电容都是按照标准值选取的，偶找到TDK和适当的电容后贴上：电感和电容值都要参考标准值来选取，通过以上的选取后，需要对目前的电路参数进行验证。
电感的确定负载电流3A,峰值电流为Ipeak为有效电流Irms的2-3倍，电感可以这样估算，L=(Vin-Vdsat-V out)*Ton/Ipeak;Vdsat为PMOSFET的导通压降，Ton为导通时间，可见电感愈小，峰值电流愈大，同时还要考虑电感磁芯饱(Core Saturation)电容的取值和你要求的纹波有关Vripple.BUCK/BOOST电路原理分析发布: 2011-6-17 | 作者: —— | 来源: 华强电子网用户| 查看: 344次| 用户关注：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。
buck电路计算
buck电路计算Buck电路是一种常见的DC-DC转换器，其基本原理是通过改变开关的占空比来实现输入电压的降压转换。
在该电路中，电感和电容元件与开关器件配合使用，实现直流电压的降低。
Buck电路的基础是开关电源，其核心是激励开关管的半导体开关器件。
一个普通的Buck电路通常包括输入电源、开关管、电感、电容以及负载等元件。
在Buck电路工作过程中，开关管通过不断的开关和关闭来实现输出电压的稳定。
当开关管关闭时，电感处于放电状态，储存并释放能量；而当开关管打开时，电感处于充电状态，从输入电源中吸收能量。
通过不断地交替操作，Buck电路能够通过电感和电容的储能和释能来输出较低的电压。
下面我们来详细讲解Buck电路的工作原理和如何进行计算。
1. Buck电路工作原理Buck电路的工作原理可以分为两个主要模式：导通模式和关断模式。
导通模式：当输入电压施加在电感上时，开关管打开，电感储存能量。
在这个周期中，电感电流的方向保持稳定，电感储存的能量被传送到负载电容中。
电流流向负载，满足负载需求。
关断模式：当开关管关闭时，电感处于放电状态。
在这个周期中，电感和负载电容形成一个回路，导致负载电容释放储存的能量，并向负载供电。
此时，电感施加给负载的电压小于输入电压。
通过切换这两种模式，Buck电路能够实现输入电压的降压转换。
2. Buck电路的计算方法在设计和计算Buck电路时，需要考虑以下几个关键参数：输出电压、输入电压、负载电流、开关频率和开关管的特性。
(1)输出电压（Vo）：根据应用的需求确定输出电压的数值。
(2) 输入电压（Vin）：输入电压是Buck电路的主要输入，决定了输出电压的降压倍数。
常用的输入电压范围有12V、24V等。
(3) 负载电流（Iload）：负载电流是Buck电路输入和输出之间的流动电流，根据负载的需求确定。
(4) 开关频率（fsw）：开关频率决定了Buck电路在输入和输出之间切换的速度。
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i L (t )
d (t )
v g (t )
D R
1.5.电压补偿环的设计 系统电压负反馈主要的是通过改善占空比，来实现对输出电压的调节。其全 部的 block 图如图所示。
4
1.6.电流反馈补偿设计
采用 peak current 控制方式其目的有二：1.维持电感 peak 电流恒定；2.维持输 出电压的恒定。
d v(t ) v(t ) C i L (t ) ……………………………….(19) dt R
i g (t ) d (t ) I L d i L (t ) ………………………………(20)
由上述三式构建小信号 ac 等效电路如下图示
3
由上图可以获知：
v( t)
(Vg V ) DTs V (1 D)Ts ….(3)
由式(3)可得：
D
V ……………………….(4) Vg
M/DCM 区别及 Buck 线路的边界条件 开关转换线路是否工作在 CCM 或者 DCM,主要取决于流过电感电流是否连 续，当电感电流连续时，则开关转换器工作于 CCM(current continuous mode);当 电感电流不连续时，则开关转换器工作于 DCM(current discontinuous mode)。 当开关转换线路工作于 CCM/DCM 边界，对于 buck 线路而言，即流过电感的 电流纹波与输出电流相等即：
V (t ) 、 i L (t )
TS
i L (t )
将上述式子代入式(11)、(12)、(13)、(14)并计算电感电压平均值及电容电流 平均值得：
VL (t )
TS
d (t ) Vg (t )
iC (t )
TS
V (t )
TS
d (t)( V (t)
'
Ts
) ……….......(15)
Buck circuit analysis and design
1. the schematic of buck circuit buck 线路（降压线路）的原理图如图 1 所示，降压线路的基本特征为： 输出电压低于输入电压，输出电流为连续的，输入电流是脉动的。
Fig 1.Schematic of buck circuit 1.1. The process of working 左图为降压线路工作时的理 想波形。 输出 0 t DTs 开关管导通时， 电感储能，流过电感的电流线性 增加，同时给负载提供能量； di L Vg V ……………….(1) dt 输出电 DTs t Ts 开关管关断， 感通过 diode 进行续流，流过电 感的电流线性减小。 di L V ………………….(2) dt 依据电感伏秒平衡原理可得：
Z out R // sL //
1 sC
sL ……………(23) L 2 1 s LCs R
i L (t ) d (t )
v g (t )
Vg
RCs 1 …………………………………….(24) L R 2 1 s LCs R RCs 1 ……………………………………..(25) L 1 s LCs 2 R
通过此图我们可以得到下式子：
5
i L (t )
Ts
ic (t )
Ts
ma dTs d
m1dTs m d 'T d ' 2 s …………………………..(26) 2 2
使用小信号代替扰动量，即得：
i L (t ) ic (t ) d (t )
Ts
I L i L (t ) I c i c (t ) d d (t )
当 DTs t D1Ts 时，电感释放能量，电感两端的电压为：
VL L
di V ………………………………………….(8) dt
当 D1Ts t பைடு நூலகம் Ts 时，电容释放能量，电感两端的电压为：
VL 0 …………………………………………………..(9)
依据电感的伏秒平衡原理可得：
Ts
TS
（27）
m1 (t ) M 1 m1 (t ) m2 (t ) M 2 m 2 (t )
将式(27)代入(26)，并消除直流量得：
i L (t ) i c (t ) M aTs d (t )
d 2Ts D '2Ts m1 (t ) m 2 (t ) 2 2
V v(t )
TS
| Vg ||| v g (t ) ||
TS
| V ||| v(t ) || | I L ||| i L (t ) ||
| I g ||| i g (t ) ||
i L (t )
I L i L (t )
i g (t )
d (t )
tS
di L (t ) V (t ) …………………………………….(13) dt
dV (t ) V (t ) ……………………………..(14) i L (t ) dt R 使用平均值近似代替小纹波量，即： iC (t ) C
Vg (t )
TS
Vg (t ) 、 V (t )
TS
V (1 D)Ts V …………………………….(5) 2L R
由式(5)可得边界条件为:
1
K 1 D
2 Lf s ………………………………………(6) R
即: 当1 D
2 Lf s 时，buck 变换器工作在 CCM 模式； R 2 Lf s 时，buck 变换器工作在 DCM 模式； R 2 Lf s 时，buck 变换器工作在 CCM/DCM 边界； R
TS
i L (t )
V (t ) R
TS
TS
…………………………….(16)
平均输入电流的平均值为：
g
i ( t) d ( t) i t) L (
tS
TS
………………………………..(17)
构建在静态工作点（I、V、D）的小信号 ac 模型，即有：
Vg (t )
V (t )
TS
Vg v g (t )
d( t)
Vg
v )0 g t (
1 L L C s s 1 R
2
…………………………………..(21)
v( t)
D
d t ( )0
1 L L C s s 1 R
2
……………………………………(22)
vg ( t)
v(t )
i o (t ) v d ( t ) 0 g ( t ) 0、
VL ( t) L di L ( t) g V ( t) V( t ) …………………………….(11) dt
iC (t ) C
当 DTs t Ts 时：
dV (t ) V (t ) ……………………………..(12) i L (t ) dt R
2
VL (t ) L
则：
d (t )
d 2Ts D '2Ts 1 {i c (t ) i L ( s) m1 (t ) m 2 (t )} M aTs 2 2
在 block 图中 i c (t ) 是由电压环反馈调节时获得，即:
i c (t ) v(t )
GVC
6
I g i g (t )
d d (t )
TS
| d ||| d (t ) ||
使用上述式子代替式(15)、(16)、(17)并消除 DC term(直流分量)得：
d i L (t ) L d (t )Vg d v g (t ) v(t ) …………………….(18) dt
V MVg …………………………………………………(10)
式中： M
2 1 1 4K / D 2
M 时 AC 等效电路模型(AC equivalent circuit Modeling)建立，考虑输出电 感的寄生阻抗 DCR,输出电容的寄生阻抗 ESR。 当 0 t DTs 时:
当1 D
当1 D
1.3.buck 变换器的 DCM 时的稳态关系 当 buck 变换器工作在 DCM 时，则一个完整的周期分为三个部分(interval)。 即： 当 0 t DTs 时，电感储能，电感两端的电压为：
VL L
di Vg V ……………………………………(7) dt