電源設計_BUCK電路（一）

基本概念

BUCK電路：又稱為降壓電路。其基本特征是DC-DC轉換電路，輸出電壓低于輸入電壓，輸入電流是脈動的，輸出電流是連續的。

工作原理

另外還有BOOST和BUCK-BOOST電路，這里暫不做分析，降壓電路的基本拓撲結構如下：（Vout《Vin）

圖一

當開關管Q1驅動為高電平時，開關管導通，儲能電感L1被充磁，流經電感的電流線性增加，同時給電容C1充電，給負載R1提供能量。等效電路如下圖

圖二

當開關管Q1驅動為低電平時，開關管關斷，儲能電感L1通過續流二極管放電，電感電流線性減少，輸出電壓靠輸出濾波電容C1放電以及減小的電感電流維持，等效電路如下圖。

圖三

工作模式

buck電路有三種工作模式：CCM，BCM、DCM。

1、CCM Mode （連續模式）：電流從某一非零值上升，電感電流的峰峰值的最小值大于0。

圖四

開關管Q1導通時，根據KVL定律：

負載電流Io與電感電流的關系，在一個周期內進行分析，負載電流即為在一個周期內電流的平均值，參考圖四，電流的平均值在數學上的表達式為：

即在一個周期內電流函數曲線與時間軸所圍成的面積除以周期為電流的平均值，參考圖四電感電流波形，一個周期內面積為

由上得出平均電流為

2、BCM MODE（臨界導通模式）：電流從零值上升，電感電流的峰峰值的最小值等于0

圖五

參照圖四和圖五的電流電感的波形，可以得知電感最小電流逐漸減小到0時，工作模式也逐漸從CCM進入BCM，根據伏秒積平衡：

同樣的在一個周期內進行分析：

3、DCM mode（斷續模式）：一個周期內不是一個完整的三角波，有一段時間電感電流的值為0

圖六

從圖六可知，電路系統工作在DCM模式下，需要滿足兩個條件：

一、電感充磁開始以及消磁結束時流經電感的電流為零

二、電感消磁時間小于開關管關斷時間。

根據伏秒積平衡：

在一個周期對電感電流進行分析：

外圍參數對系統工作模式

一、外圍參數對系統工作模式的影響

圖七

二、外圍參數對系統工作模式的關系

參考圖七在一個周期內對電感電流進行分析，

BUCk電路仿真驗證

圖八

上述電路中，驅動波形，V=14V。F=20kHZ，D=50%，輸入電壓Vin=10V,電感L=80uh.

1、BCM模式下仿真驗證，根據電路系統工作在BCM模式下進行理論計算：

圖九

2、CCM模式仿真驗證：在上述BCM分析的基礎上，得出儲能電感的電感量80uH為臨界點，由系統工作在CCM的條件，可以將儲能電感電感量設置為120uH，理論計算

參照圖十，可以得出仿真結果

圖十

3、DCM模式仿真驗證：在上述BCM分析的基礎上，得出儲能電感的電感量80uH為臨界點，由系統工作在DCM的條件，可以將儲能電感電感量設置為40uH。重點驗證輸入輸出電壓關系以及輸出平均電流關系。

由圖十一的仿真波形可以得出，消磁時間Td=16.311us，ILmax=2.353A ,Vo=6.12V

圖十一