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BUCK电路的工作原理介绍

描述

  BUCK电路:输出电压低于输入电压,即降压。另外还有BOOST和BUCK-BOOST电路,这里暂不做分析。降压电路的基本拓扑结构如下:(Vout《Vin)

  

  其中,开关相当于一个PWM调制器,设置合适的占空比,得到的电压为方波,二极管在开关关断的状态下,为LC提供了一个回路,LC简单来说就是一个滤波器,将得到的输出电压和输出电流进行滤波,分开来讲,电感用于抵抗电流的变化,电容用于抵抗电压的变化,因此,我们可以得到稳定的输出电压和输出电流。

  当开关处于ON的状态时,二极管处于截止状态:

  

  电感上的电压与电流可以由如下公式计算得到:

  

  经电感和电容滤波后,输出电流/电压由方波变成较平稳的纹波电压/电流。

  

  在电路应用当中,一般不希望存在较大纹波,根据以上给出的公式可以发现,通过增大开关频率,电感体积,或者电容可以减小输出电压/电流的纹波。同样的,为了减小整个电源模块的体积,也可以通过增大开关频率来实现,增大开关频率可以减小电容电感的体积,电源电路的设计当中通常是电感电容的占用面积最大,这也是为何许多公司选择将大的电感或电容从电路中移除,采用用户外接的方式来达到同样的效果。但是频率的增大也会带来相应的坏处,如降低电源效率,增加开关管损耗以及二极管损耗,电路的功耗也会相应增加。因此在设计电源模块时,需结合实际情况考虑其体积以及电路损耗。

  BUCK电路的设计可分为四步:

  根据输入输出电压确定开关转换器的占空比:DC=Vout/Vin;

  确定其输入输出功率,从而决定其带负载能力;

  确定相应的开关频率,得到每个脉冲周期内的能耗;

  根据已知的脉冲周期内的能量以及输出电流,可以计算出电感的大小:L=2E/I2;

  根据需要选择相应的MOS开关管,二极管以及电容。

  以上只是总结了基本的BUCK电路工作和设计原理,然而实际情况下的电源设计需要考虑的因素将会更为复杂。
责任编辑人:CC

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