BUCK電路中的重要器件:電感

首先解決上回的疑問，怎么操作才能降低di/dt，是不是在開關關斷期間建立一個回路，那建立回路我們加一個電阻試試看怎么樣，如圖一示有了回路，電流降低到零的時間dt就增大了，那di/dt就小多了，這個回路稱為續流回路。

（▲圖一）

（▲圖二）

我們看一下這個續流回路當開關ON期間，回路是什么樣的,當開關ON時，回路如圖二示，有兩個回路電阻這一個回路會消耗能量，而且降低開關電源的效率，我們希望開關ON期間只有一個回路通過電感，給電容充電即可，來看一下開關OFF期間，如圖三示此時續流開始，源是電感，電感作為電流源存在，在續流期間，從電感右端出發通過電容到地經過電阻回到電感的左端，這個過程中電阻同樣在消耗能量，而且有電流流過電阻就會有壓降，同樣會在電感左端產生一個不小的負壓，這并不是我們想要的結果。

綜合開關ON和OFF期間的需求來說，我們希望在ON期間只有一條回路通過電感給電容充電，電感左端對地不能導通，而且電阻會增加功耗是不可取的，在OFF期間續流回路產生我們需要電感左端的負壓要低，此時結論已出，單向導通嘛，那二級管就呼之欲出了，單向導通又能鉗位負壓一舉兩得，非它莫屬，那我們看一下加入續流二極管的電路圖，如圖四所示。

（▲圖三）

（▲圖四）

繼續分析續流回路，看圖五示在開關OFF期間產生續流回路，會電感上感應出一個左負右正的感應電動勢，根據續流回路分析電感右端接電容正極，電壓等于電容上電壓，電流從電感的正極流過電容到地經過二極管回到電感負極，地上電壓為0V，那二極管要想導通，電感負端電壓是不是等于-0.7V如圖六示，那開關管兩端的壓降是多少？是不是Vbus+0.7V，那二極管的耐壓在此基礎上在放一點余量就可以了，貼片二極管也有耐高壓的不一定非要使用插件二極管在使用貼片二極管時，畫封裝時候在貼片二極管下方開槽即可，目的是為了爬電距離和高濕環境下的安全。

（▲圖五）

（▲圖六）

那二極管的具體選型該怎么考慮呢？

假設輸入電壓為+100V，二極管耐壓在+100V的基礎上放30%---50%的余量就可以了，一般情況下選擇耐壓150V、200V的都可以，并不是耐壓高的管子價格就一定高，管子的價格和庫存出貨量都有關系，出貨量大的管子價格肯定會低，如果此時有耐壓150V出貨量低，有耐壓200V出貨量大的，那果斷選擇耐壓高的這一款，具體出貨量以及庫存量需要和廠家溝通一下，不要在百度上直接搜索一個型號到時間買的時候找不到對應型號或者說已經停產了，一定要和廠家溝通確認，二極管的耐流量放到實際設計輸出電流的20%就好。

分析BUCK電路中最神秘且重要的靈魂器件---電感

如圖七示，俗話說：理解了電感的工作原理就理解了80%的BUCK電路，可見電感在BUCK電路中是多么重要，自感電動勢的大小與電流變化率是成正比的，di/dt為單位時間內電流的變化率，電流從無到有與從有到無的瞬間變化率都是非常大的，在電路正常情況下電感的自感電動勢感應出的電壓是不會超過Vbus電壓的，而且最大感應電流也是與實際電流方向相反的一個電流，用來阻止電流的變化。

（▲圖七）

（▲圖八）

當開關為ON時，開關閉合瞬間電感上的電流從零到有，會產生一個極大的di/dt，而這個極大的di/dt會在電源兩端感應出一個接近Vbus的感應電壓進而產生感應電流感應電流方向與輸出電流方向相反，用來阻礙電流增大，隨著時間推移，電感上的電流在緩慢的上升，電感電流的變化率di/dt在逐步減小，而電感兩端的感應電動勢也在逐步降低，且有電阻與電感分壓可知隨著電感電流的增大，電阻兩端電壓逐漸接近電源電壓，電感兩端壓降逐漸降低直到為零電感進入飽和狀態。

電感上電流上升下降波形示意圖如圖九示，當R=0Ω時來看一這個電路的等效電路如圖八示，當開關閉合后，在電感上會感應出一個上正下負的感應電動勢，忽略開關上的壓降，感應電壓等于Vbus一直不變，由電感電壓公式U=L*di/dt，di/dt是一個固定的數值，也就是說電流上升斜率不變，電感的電流以相同的斜率遞增，用來維持感應電壓等于外部輸入電壓Vbus.

（▲圖九）

也可以從公式角度進行分析：

di/dt::是電流斜率，Vin=Vbus電壓，輸入電壓不會改變，電感L的值也不會改變，所以當R=0時，電感電流斜率不變，那電感兩端電流的公式為：di/dt=VL/L ,VL:感應電壓，L:電感量。

總結：感應電動勢越高，電感電流的上升或者下降斜率就越大，感應電壓等于輸入電壓時，斜率不變。

BUCK的拓撲圖如圖十示繼續分析，之前介紹過說需要一個開關開通和關斷電流用來使電感電流不會飽和，那這個開關肯定不能使用機械按鍵吧，不能使用開關電源時候需要調整的時候手動切換開關啊，這不現實，所以這里需要使用電子開關進行控制，能做開關的電子器件有什么呢？是不是三極管、MOSFET、IGBT都可以使用，具體使用哪一種我們后面在繼續分析，那確認這里需要使用電子開關，我們是不是需要使用PWM波進行控制電子開關管的通斷。

（▲圖十）

假設現在我們有一個占空比為50%的方波，Ton=Toff，Ton為一個周期內高電平所占時間，Toff為一個周期內低電平所占時間，這里我們假設Ton=Toff那我們看一下電感上的電流波形如圖十一示，每個周期中電感電流上升量等于電流下降量，這樣電感才能達到平衡，如果電感電流上升量大于下降量或者下降量大于上升量電感經過多個周期后會飽和，對電流就沒有遏制能力了。