1.Buck电路图的基本原理
Buck电路有一个开关(MOSFET),有两种工作状态。
1.开关闭合
此状态下:输出输入电源给电感充电,电感电流上升。电感电压为
Ion为电感在MOSFET开通时的初始电流。
2.开关断开
此状态下:电感放电给负载,电感电流下降
Ioff为电感在MOSFET关断时的初始电流。
伏秒平衡原则:电感两端平均电压为0。
根据电感电流和电压以及电感的伏秒平衡原则可以得到输入电压和输出电压的关系如下:
Buck电路输出电压与占空比成正比。D永远不能大于1.所以输出电压永远小于输入电压。Buck电路也叫降压斩波电路。
输出电流就是电感电流。输出电流的平均值可表示为:
总结:已知一个Buck电路,在知道输入电压和输出电压之后,可以知道电路工作的占空比。如果又知道开关的周期和电感值,进而可以知道一个周期内电感电流的电压增量DI。
如果又知道电阻R,就可以知道输出电流Io。进而得到
在得到了Ion和Ioff之后就可以知道电感电流的变化。
2.CCM、BCM与DCM
都知道Buck电路有三种状态,根据电感电流情况来将电路分为CCM(连续)、BCM(临界)、DCM(断续)。上面的公式推导的就是在电感连续的情况下推导得。那么这三种状态到底时怎么形成的呢?
CCM电感电流如下:
此时如果电路中其他条件不变,负载电阻增加,导致输出电流降低,这样电感电流曲线会整体向下移动。当Ion为0时,这时候电感电流已经“掉到地上了”。
此时:
如果电阻再继续增大,那么此时电感电流已经“入坑“电路为断续状态。
此时
根据上面的公式,我们可以这样想。式子中有占空比D,负载R,开关周期T,电感L。
所以根据公式可以分析,电路断续
可能是负载太大
可能是占空比太小/输出电压太小
可能是开关周期太大
可能是电感太小
但是在工程上,负载,输出电压和开关周期都会有约束,所以电感的选型决定了电路的工作状态。
若让电路工作在连续状态,则
如果输出电压在一个范围活动,占空比D不是固定的,也会浮动。那么判断电感的式子,就要把D因素去掉,电感大于一个数,这个数无论D取多少都成立。即:大于最大的。
上述公式即为电感选型的重要指标之一。
那反过来如果知道了Buck电路的参数指标,如何取判断电路在工作在什么状态呢?
比较两个值的大小即可。
最大临界电感电流。
涉及到连续断续方面的问题,主要根据上面的公式去具体分析。根据已经固定的量,来求未固定量的范围。
3.参数性能
电流纹波:
由于电感充放电,导致输出电流的波动情况:
根据面公式可知:
电流纹波为电感选型的标准之一。
电压纹波:
由于电感充放电,导致输出电压的波动情况
当电感电流大于输出电流时,会给电容充电,当电感电流小于输出电流时,电容放电
电压纹波作为电容选型的标准之一。
二极管电流,电压应力
二极管承受最大电流,最大电压如下: