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    buck變換器工作原理_Buck變換器的降壓原理分析

    鉅大LARGE  |  點擊量:2294次  |  2020年02月12日  

    1、Buck變換器另外三種叫法

    1.降壓變換器:輸出電壓小于輸入電壓。


    2.串聯開關穩壓電源:單刀雙擲開關(晶體管)串聯于輸入與輸出之間。


    3.三端開關型降壓穩壓電源:


    1)輸入與輸出的一根線是公用的。


    2)輸出電壓小于輸入電壓。


    2、Buck變換器工作原理結構圖

    圖1.Buck變換器的基本原理圖


    由上圖可知,Buck變換器主要包括:開關元件M1,二極管D1,電感L1,電容C1和反饋環路。而一般的反饋環路由四部分組成:采樣網絡,誤差放大器(ErrorAmplifier,E/A),脈寬調制器(pulseWidthModulaTIon,pWM)和驅動電路。


    3、Buck變換器工作過程分析

    圖2.Buck變換器的工作過程


    為了便于對Buck變換器基本工作原理的分析,我們首先作以下幾點合理的假設:


    1)開關元件M1和二極管D1都是理想元件。它們可以快速的導通和關斷,且導通時壓降為零,關斷時漏電流為零;


    2)電容和電感同樣是理想元件。電感工作在線性區而未飽和時,寄生電阻等于零。電容的等效串聯電阻(EquivalentSeriesResistance,ESR)和等效串聯電感(EquivalentSeriesinductance,ESL)等于零;


    3)輸出電壓中的紋波電壓和輸出電壓相比非常小,可以忽略不計。


    4)采樣網絡R1和R2的阻抗很大,從而使得流經它們的電流可以忽略不計。


    在以上假設的基礎上,下面我們對Buck變換器的工作過程進行分析。


    如圖1所示,當開關元件M1導通時,電壓V1與輸出電壓Vdc相等,晶體管D1處于反向截至狀態,電流01?DI。電流11LMII?流經電感L1,電流線性增加。經過電容C1濾波后,產生輸出電流OI和輸出電壓OV。采樣網絡R1和R2對輸出電壓OV進行采樣得到電壓信號SV,并與參考電壓refV比較放大得到信號。如圖1(a)所示,信號eaV和線性上升的三角波信號trV比較。當eatrVV?時,控制信號WMV和GV跳變為低,開關元件M1截至。此時,電感L1為了保持其電流1LI不變,電感L1中的磁場將改變電感L1兩端的電壓極性。這時二極管D1承受正向偏壓,并有電流1DI流過,故稱D1為續流二極管。若OLII?1時,電容C1處于放電狀態,有利于輸出電流OI和輸出電壓OV保持恒定。開關元件截至的狀態一直保持到下一個周期的開始,當又一次滿足條件treaVV?時,開關元件M1再次導通,重復上面的過程。


    由分析可得,Buck變換器的工作過程可分為兩部分:


    1)開關(晶體管)導通:二極管D1截止;電感電流線性增加并儲能;電容充電儲能;輸出電壓Vo。


    2)開關(晶體管)關斷:二極管D1導通;電感釋放能量;電容放電;輸出Vo。


    4、Buck變換器的兩種工作模式

    按電感電流1LI在每個周期開始時是否從零開始,Buck變換器的工作模式可以分為電感電流連續工作模式(ConTInuousConducTIonMode,CCM)和電感電流不連續工作模式(DisconTInuousConductionMode,DCM)兩種。兩種工作模式的主要波形圖如圖2.4所示。下面分別對這兩種工作模式進行分析。



    圖4Buck變換器的主要工作波形圖


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