buck電路輸出電容及其他參數(shù)計算

　　Buck電路是只對電流參數(shù)進行變換的電路，Buck變換器是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。Buck變換器也有CCM和DCM兩種工作方式。Buck電路特點：效率高，可靠性好;工作效率高，使電路中電壓/電流波形的快瞬變化，產(chǎn)生電磁輻射干擾;元件布局和PCB布線難度較大;輸出電壓紋波比較大;電路復(fù)雜，成本高。

　　從電路可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，此濾 波器設(shè)計 的原則是使 us（t）的直流分量可以通過，而抑制 us（t） 的諧波分量通過;電容上輸出電壓 uo（t）就是 us（t） 的直流分量再附加微小紋波uripple（t） 。具體怎么算BUCK電路輸出濾波電路參數(shù)呢？我們來一起看看吧。

?　　buck電路參數(shù)：

　　輸出電壓：20-30V

　　輸出額定電壓：12V

　　輸出電壓紋波：125mV（1%）

　　額定輸出電流：4A（額定功率48W）

　　最大輸出電流：6A

　　開關(guān)頻率：100KHz（10uS）

　　輸入電流最大波紋：30mA

　　電壓跌落：250mA（1uS內(nèi)Io從200mA突變到4A）

　　1.占空比計算

　　Dmin=12/30=0.4

　　Dmax=12/20=0.6

　　2.輸出濾波電感計算

　　濾波電感的作用：

　　一是低頻濾波，在此主要是阻礙電路電流的突變。（因電感的自感電勢會阻礙原電流的變化。）

　　二是高頻濾波，電感元件和電容及電路有諧振頻率，它可在高頻電路里吸收或阻檔同頻或差頻的信號波。

　　要求電路電流在額定電流的10%時恰好處于臨界狀態(tài)。如下圖所示，此時的輸出電流應(yīng)該為Io=10%*4A=0.4A，Ip=0.8A。在0-Ton時刻，電感L上承受的電壓為（Uin-Uo），因此有：

　　為了保證L在任何情況下都能滿足保證電流和低是依然能連續(xù)，應(yīng)該去L更大的值，因此以Uin最大時去計算L。

　　3.輸出濾波電容值計算

　　Co 很大的話，可以保證輸出電壓近似恒定，但是Co 很大會導(dǎo)致體積和成本更大。因此實際中根據(jù)容許的輸出電壓紋波來選擇Co的值。

　　我們設(shè)計時總是按照電感電流諧波全部進入Co，恒定分量進入負載（ 如果帶阻性負載，在閉環(huán)電路的控制下，輸出電壓恒定，確實是這樣的）。電感電流i的諧波進入電容，由電容的寄生電阻ESR、寄生電感ESL，和Co 值決定電壓紋波的。

　　對于低于500KHZ的諧波，ESL 產(chǎn)生的電壓紋波可以忽略。因此，輸出電容中由ESR 和Co決定紋波電壓分量。由ESR 產(chǎn)生的紋波分量正比于電感電流紋波分量，由Co決定的紋波分量與流過電容的電流積分成正比。這兩個分量相位是不同的。

　　上圖中分別顯示了ESR 和Co產(chǎn)生的電壓紋波隨電流紋波變化情況，在i直大于Io時，電容充電，uc上升，uEsR隨i變化; 在i小于Io時，電容放電。電容一周期電流平均值為0。

　　在0~0.5T時間內(nèi)，假設(shè)UC和uEsR兩個峰值疊加在一起了有：

　　△U是要求的輸出電壓紋波值=120mV，T為開關(guān)周期，△I為電感電流峰峰值，可以根據(jù)前面得到的L值計算出來。當(dāng)然是以最大電流紋波時電容依然能保證電壓紋波在要求范圍內(nèi)來計算。

　　上式中只存在Co和ESR兩個未知數(shù)。從一些廠家目錄中可以認(rèn)定，在很大范圍內(nèi)不同電壓等級和不同容值的常用鋁電解電容，其ESR*Co=50～80*0.00001.帶入3式中得到：Co=336uF。實際中取470uF。