BUCK電路工作原理分析詳細(xì)闡述

原文來(lái)自公眾號(hào)：硬件工程師看海

公眾號(hào)后臺(tái)回復(fù)：BUCK仿真文件

在電子電路中，電源一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)是線性電源，一類(lèi)是開(kāi)關(guān)電源。線性電源具有噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源雖然噪大，但是具有效率高、熱損小的優(yōu)點(diǎn)。

開(kāi)關(guān)電源還可以細(xì)分為降壓型、升壓型和升降壓三類(lèi)。也可按照隔離、非隔離，或者同步非同步再進(jìn)一步細(xì)分。

在手機(jī)、電腦等消費(fèi)電子領(lǐng)域，降壓型BUCK電路應(yīng)用非常廣泛。是電源工程師的入門(mén)課，下面就介紹BUCK降壓電路的基本工作原理，并進(jìn)行原理仿真，后臺(tái)回復(fù)：BUCK仿真文件可以得到仿真源文件。

為了把我們的主要精力放在理解BUCK原理上，我們選擇非同步BUCK進(jìn)行分析，也就是電路中只有一個(gè)開(kāi)關(guān)管，由二極管對(duì)電感續(xù)流放電。

基本的BUCK降壓電路由開(kāi)關(guān)、電感、二極管和電容組成，簡(jiǎn)約的東西經(jīng)過(guò)組合往往會(huì)迸發(fā)出不可思議的結(jié)果，BUCK就是這樣的電路。

電感的基本參數(shù)和意義見(jiàn)以前的文章：

電感參數(shù)有哪些？怎么選擇電感？

BUCk基本框圖如下：

當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合導(dǎo)通時(shí)，VA電壓為高，Vin給電感L1充電，流過(guò)電感L1的電流逐漸增加，電流路徑見(jiàn)上圖綠色回路，電感充電波形見(jiàn)下圖。

當(dāng)開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)時(shí)，Va為低電平，電感L1通過(guò)負(fù)載和二極管放電，電感L1的電流逐漸減小，電流路徑見(jiàn)下圖藍(lán)色部分，電感放電波形見(jiàn)上圖。

BUCK的基本工作過(guò)程就是對(duì)電感充放電的過(guò)程。

這里有個(gè)小說(shuō)明，在同步BUCK中D1會(huì)被開(kāi)關(guān)代替，以提高效率，在S1斷開(kāi)時(shí)，但是本章中使用的是續(xù)流二極管，則在S1斷開(kāi)時(shí)，VA其實(shí)是有一部分的負(fù)電壓的（差不多剛好-0.7V）。

BUCK輸入輸出電壓的計(jì)算關(guān)系：

我們不用管什么幅秒特性，只看最終、最基本、最本質(zhì)的電感相關(guān)公式：

在BUCK建立穩(wěn)態(tài)后，電感充放電的電流是相等的，△t=T*D是充電的時(shí)間，T*(1-D)是放電的時(shí)間，即穩(wěn)態(tài)時(shí)：

T為開(kāi)關(guān)周期，D為占空比，就是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間占整個(gè)周期的百分比。

同樣的道理：

整理得到：

非常簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程，一點(diǎn)也不復(fù)雜。

下面看原理仿真，multisim仿真文件在公眾號(hào)后臺(tái)回復(fù)：buck仿真文件可以下載。

通過(guò)開(kāi)關(guān)管對(duì)電感充放電，可以明顯看到電流的充放電三角波電流，當(dāng)改變輸出電容時(shí)，有助于緩解輸出的紋波，然而由于BUCK開(kāi)關(guān)架構(gòu)的先天不足，此紋波無(wú)法消除，抑制程度也有限。

同時(shí)我們也可以看到由于續(xù)流二極管的存在，當(dāng)開(kāi)關(guān)段開(kāi)始，Va有小段的負(fù)電，此負(fù)電大約-0.7v，就是和二極管相關(guān)，同時(shí)由于此二極管的存在，輸入輸出關(guān)系也略微改變，導(dǎo)致輸出輸入不滿足D的關(guān)系，為了提升效率就出現(xiàn)了同步BUCK電路。

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