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1、,BUCK电路工作原理分析,目录:1.BUCK电路原理图 2.BUCK电路工作原理 3.Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM 4.BUCK电路外围参数与系统工作模式的关系 5.BUCK电路仿真验证,The future power solutions,Buck电路原理分析,一、Buck电路原理图,Buck电路，又称降压电路，其基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。,图一,Buck电路原理分析,二、Buck电路工作原理,1、基本工作原理分析当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容
2、C1充电，给负载R1提供能量。等效电路如图二,图二,Return To Page 6,L,N,Buck电路原理分析,二、Buck电路工作原理,1、基本工作原理分析当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持，等效电路如图三,图三,Return To Page 6,Buck电路原理分析,三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM,1、CCM Mode：关键点原件波形见图四,图四,Return To Page 7,Buck电路原理分析,三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、,1、CCM Mode：,开关管Q1导通时，根据KVL定律：,为Q管导通时间，所以，,T为工作周期，D为占空比：,开关管Q1关断时，同理根据KVL定律：,伏秒积平衡,Buck电路原理分析,1、CCM Mode：,三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM,Buck电路原理分析,三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM,2、BCM Mode：关键点原件波形见图五,图五,Buck电路原理分析,三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM,2、BCM Mode：,参照图四与图五电感电流的波形，可以得知电感最小电流逐渐减小到零时，工作模式也逐渐从CCM进入BCM。根
4、据伏秒积平衡：,同样，在一个周期进行分析，,Buck电路原理分析,三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM,3、DCM Mode：关键点原件波形见图六,图六,Buck电路原理分析,三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM,3、DCM Mode：,由图六可知，电路系统工作在DCM模式下，需要满足两个条件，一、电感充磁开始以及消磁结束时流经电感的电流为零；二、电感消磁时间小于开关管关断时间。根据伏秒积平衡有：,同样，在一个周期对电感电流进行分析：,Buck电路原理分析,四、外为参数对系统工作模式的影响：,图六,Buck电路原理分析,四、外为参数与系统工作模式的关系：,参
5、考图六，在一个周期对电感电流进行分析：,即,当Q管导通时,即,Buck电路原理分析,四、外为参数与系统工作模式的关系：,1、如果工作在DCM模式，则令ILmin=0，TdT(1-D),即,2、如果工作在BCM模式，则令ILmin=0，Td=T(1-D),即,3、如果工作在CCM模式，则令ILmin 0，Td=T(1-D),即,Buck电路原理分析,五、BUCK电路仿真验证：,图七,Buck电路原理分析,上述电路中基本参数设置：驱动波形：V=14V,f=20KHz,D=50%；输入电压：Vin=10Vdc；储能电感：L=80uH,1、BCM模式仿真验证：根据电路系统工作在BCM模式下的条件,进行
6、理论计算，,因此，电阻可定义为,通过上述参数定义以及计算，可以得到相关参数的理论值：,参照图八，可以得出仿真结果，,Buck电路原理分析,蓝色：电感电流红色：电感电压绿色：开关驱动棕色：输出电压,蓝色：电感电流红色：电感电压绿色：开关驱动棕色：输出电压,图八,Buck电路原理分析,2、CCM模式仿真验证：在上述BCM分析的基础上，得出储能电感的电感量80uH为临界点，由系统工作在CCM的条件，可以将储能电感电感量设置为120uH,理论计算：,参照图九，可以得出仿真结果，,Buck电路原理分析,蓝色：电感电流红色：电感电压绿色：开关驱动棕色：输出电压,图九,Buck电路原理分析,3、DCM模式仿真验证：在上述BCM分析的基础上，得出储能电感的电感量80uH为临界点，由系统工作在DCM的条件，可以将储能电感电感量设置为40uH。重点验证输入输出电压关系以及输出平均电流关系。,由图十的仿真波形可以得出，消磁时间Td=16.311uS,ILmax=2.353A,Vo=6.120V,蓝色：电感电流 红色：电感电压绿色：开关驱动 棕色：输出电压,图十,Buck电路原理分析,Boost电路 Buck-Boost电路,Boost电路 Buck-Boost电路,
