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BUCK电路中有哪些电压参数?

此文,我们分析BUCK电路中具体有哪些类型的电压参数...

1. 根据电路节点分类

如图所示,以非同步BUCK电路为例:

三个节点电压分别为:输入电压(输入节点的电压)Vin 、开关节点电压 Vph 和输出电压(输出节点的电压)Vout ;

三个导通压降分别为:功率电感的直流电阻导致的压降 V_DCR 、高边开关管导通压降 V_(SW-H) 、续流二极管正向导通压降 V_D (非同步降压电路)或低边开关管导通压降 V_(SW-L) (同步降压电路)。

从宏观的角度以电路中的“节点”来看,BUCK电路共有这6种电压类型。

注:这里的开关节点或Phase/PH节点电压使用Vph表示,以区别于开关管导通压降Vsw。

2. 根据交直流类型分类

从宏观角度看,BUCK电路中只有直流电压和交流电压这两种;细分的话,交流电压中又包括PH节点的斩波/方波电压、输出电压中的纹波电压。

从宏观角度看,输入电压、输出电压都是直流电压;实际上,它们都是有叠加交流电压或纹波电压的,只是可以使用 BUCK电路的直流增益和直流传递函数(2) 中提到的“小纹波近似”方法,交流电压或纹波电压相对直流分量是可以被忽略的。

3. 三个导通压降

如前所述,BUCK电路有三个导通压降,分别为功率电感的直流电阻导致的压降 V_DCR 、高边开关管导通压降 V_(SW-H) 、续流二极管正向导通压降 V_D (非同步降压电路)或低边开关管导通压降 V_(SW-L) (同步降压电路)。

3.1 功率电感导通压降 V_DCR

参考3.2.7章节内容,在TON导通时间内功率电感上的平均电流为 I_OUT ,即公式(3.206)( I_(L,TON,AVG) = I_OUT )(后续更新);所以,由功率电感直流电阻导致的压降 V_DCR 可以表示为(3.107)

其中,I_OUT 是电感平均电流,R_DC 是电感的直流电阻(DCR)。

3.2 高边开关管导通压降 V_(SW-H)

参考“3.3.8.2 高边开关管上的平均电流”章节内容,TON导通时间内高边开关管上的平均电流为 I_OUT ,即公式(3.230)( I_(SW-H,TON,AVG) = I_OUT )(后续更新)

所以,非同步或同步降压电路中高边开关管上的导通压降 V_(DS(ON)-H) 可以表示为(3.108)

其中,I_OUT 是TON导通时间内高边开关管上的平均电流,R_(DS(ON)-H) 是高边开关管的导通电阻。

3.3 低边开关管导通压降 V_(SW-L)

参考“3.3.9.2 低边开关管或续流二极管上的平均电流”章节内容,“续流二极管或低边开关管在TOFF时间内的平均电流等于功率电感在TOFF时间内的平均电流 I_OUT ”;同理可得,同步降压电路中低边开关管上的导通压降 V_(DS(ON)-L) 可以表示为

这里需要说明的是,

① I_OUT 通常表示的是负载电流,因为功率电感上的平均电流、高边开关管在TON导通时间内的平均电流、低边开关管在TOFF关断时间内的平均电流,都等于负载电流,所以也可以叙述为“I_OUT 是电感平均电流”,“I_OUT 是TON导通时间内高边开关管上的平均电流”,“I_OUT 是TOFF关断时间内低边开关管上的平均电流”同理。

② 这三个压降的区别是,V_DCR存在于整个TSW周期内,V_(SW-H)仅存在于TON导通时间内,V_D或V_(SW-L)仅存在于TOFF关断时间内。

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