BUCK电路是一种降压斩波器,降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输出电压UD。通常电感中的电流是否连续,取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。

1.什么是 BUCK 电路


BUCK 电路就是一种 DC-DC 转换器,简单的讲就是通过震荡电路将一直流电压转变为一高频电源,然后通过脉冲变压器、整流滤波回路输出需要的直流电压,类似于开关电源

 

什么是 BUCK 电路

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2.BUCK 电路工作原理


Buck 变换器工作在电感电流连续模式下的工作原理如下: 开关管的导通与关断受控制电路输出的驱动脉冲控制。当控制电路脉冲输出高电平时,开关管导通,续流二极管 D 阳极电压为零,阴极电压为电压电压 Us,因此反向截止,开关上流过电流 is 流经电感 L 向负载 R 供电; 此时 L 中的电流逐渐上升,在 L 两端产生左端正右端负的自感电势阻碍电流上升,L 将电能转化为磁能存储起来。经过时间 ton 后, 控制电路脉冲为低电平,开关管关断,但 L 中的电流不能突变,这时电感 L 两端产生右端正左端负的自感电势阻碍电流下降,从而使 D 正向偏置导通,于是 L 中的电流经 D 构成回路,电流值 逐渐下降,L 中储存的磁能转化为电能释放出来供给负载 R。经过时间 toff 后,控制电路脉冲又使开关管导通,重复上述过程。滤 波电容 C 的作用是为了降低输出电压 Uo 的脉动。续流二极管 D 是必不可少的元件,若无此二极管,电路不仅不能正常工作,而且在开关管由导通变为关断时,L 两端将产生很高的自感电势从而损坏开关管。

 

BUCK 电路工作原理

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3.BUCK 电路图


等效的电路模型及基本规律
(1)从电路可以看出,电感 L 和电容 C 组成低通滤波器,此滤 波器设计 的原则是使 us(t)的直流分量可以通过,而抑制 us(t) 的谐波分量通过;电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小纹波 uripple(t) 。
(2)电路工作频率很高,一个开关周期内电容充 放电引起的纹波 uripple(t) 很小,相对于电容上输出的直流电压 Uo 有:电容上电压宏观上可以看作恒定。 电路稳态工作时,输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成,宏观上可以看作是恒定直流,这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。

 

BUCK 电路图

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(3)一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时,电容电压升 高,导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加,使电容电压上升速度减慢,这种过程的延续直至达到充放电平衡,此时电压维持不变;反之,如果一个周期内放 电电荷高于充电电荷,将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小,使电容电压下降速度减慢,这种过程的延续直至达到充放电平衡,最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程,在电路稳态工作时,电路达到稳定平衡,电容上充放电也达到平衡,这是电路稳态工作时的一个普遍规律。
(4)开关 S 置于 1 位时,电感电流增加,电感储能;而当开关 S 置于 2 位时,电感电流减小,电感释能。