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文档简介
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.精品课件.1 目录:The future power soBuck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.精品课件.2Buck电路原理分析一、Buck电路原理图Buck电路,又称Buck电路原理分析二、B
2、uck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C1充电,给负载R1提供能量。等效电路如图二图二Return To Page 6.精品课件.3Buck电路原理分析二、Buck电路工作原理1、基本工作原理LNBuck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.精品课件.4LNBuck电路原理分析二、Buck电
3、路工作原理1、基本工作Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM1、CCM Mode:关键点原件波形见图四图四Return To Page 7.精品课件.5Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM1、CCM Mode:开关管Q1导通时,根据KVL定律:即为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:忽略二极管D的正向压降,有即,可以得出:伏秒积平衡.精品课件.6Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,Bu
4、ck电路原理分析1、CCM Mode:三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM所以,平均电流 为电流的平均值。参照图四电感电流波形,一个周期内面积为 负载电流IO与电感电流的关系,在一个周期内进行分析,负载电流即为在一个周期内电流的平均值,参考图四。电流的平均值在数学上的表达式为: ,即在一个周期内电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期,.精品课件.7Buck电路原理分析1、CCM Mode:三、Buck电路的Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM2、BCM Mode:关键点原件波形见图五图五.精品课件.8Buck电路原理分析三、Buck电路
5、的三种工作模式:CCM,Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM2、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。根据伏秒积平衡 :同样,在一个周期进行分析,.精品课件.9Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM,DCM3、DCM Mode:关键点原件波形见图六图六.精品课件.10Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,BCM
6、,DCM3、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:.精品课件.11Buck电路原理分析三、Buck电路的三种工作模式:CCM,Buck电路原理分析四、外为参数对系统工作模式的影响:图六.精品课件.12Buck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.精品课件.13Buck电路原理分析四、外为参数与系
7、统工作模式的关系:参考图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,Td 0,Td=T(1-D),即.精品课件.14Buck电路原理分析四、外为参数与系统工作模式的关系:1、如Buck电路原理分析五、BUCK电路仿真验证:图七.精品课件.15Buck电路原理分析五、BUCK电路仿真验证:图七.精品课件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=80uH1、BCM模式仿真验证:根据电路系统工作在BCM模式下的条件,进行理论计算,因此,电阻可定义为
8、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,.精品课件.16Buck电路原理分析上述电路中基本参数设置:1、BCM模式仿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.精品课件.17Buck电路原理分析蓝色:电感电流蓝色:电感电流图八.精品课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,.精品课件.18Buc
9、k电路原理分析2、CCM模式仿真验证:在上述BCM分析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.精品课件.19Buck电路原理分析蓝色:电感电流图九.精品课件.19Buck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.精品课件.20Buck电路原理分析3、DCM模式仿真验证:在上述BCM分析蓝色:电感电流 红色:电感电压绿色:开关驱动 棕色:输出电压图十Buck电路原理分析.精品课
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