BUCK電路分析(一)

一、電路組成

如圖1所示、異步BUCK電路主要有MOSFET場效應管(Q1)、功率二極管(D1)、電感(L1)、輸入電容(C1)、輸出電容(C2)、負載(R1)、組成;用MOSFET場效應管(Q2)替換功率二極管(D1)就組成了同步BUCK電路，如圖2所示。

圖1 異步BUCK電路

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圖2 同步BUCK電路

BUCK的電路，也稱降壓電路，其基本特征是：

(1)、DC-DC轉換電路、輸入直流、輸出也是直流;

(2)、輸出電壓小于輸入電壓;

(3)、BUCK轉換電路實現的是將輸入電壓轉換為一個比輸入電壓低的電壓并輸出。

在同等條件下、同步BUCK電路與異步BUCK電路相比。同步BUCK電路用更高的轉換效率，使用MOSFET場效應管(Q2)替換功率二極管(D1)，是因為功率二極管(D1)存在相對較高的電壓降、電流流過時會產生較大的損耗、而MOSFET場效應管的導通電阻Rds(on)和 開關產生的損耗相對低。因而同步BUCK電路效率相對高。

二、工作原理

由圖1、圖2可知，要使BUCK電路輸出電壓。需要控制MOS管的開通與關斷;而控制方法有PWM脈寬調制法和PFM調頻法;以下將以PWM脈寬調制法來控制MOS的開通與關斷，并分析在電路在工作中的狀態、波形、參數計算與分析。為了方便分析，作如下假定：MOS管、二極管都是理想二極管，導通時相當于短路、截止時相當于斷路。電感、電容也是理想元件，只考慮其本身的感抗和容抗。BUCK電路的工作狀態可根據電感電流是否減少到零 ，可分為連續電流模式(CCM)、斷續電流模式(DCM)、臨界電流模式(BCM)。以下將針對不同的工作模式進行穩態計算分析。

1、連續電流模式(CCM)

圖3 PWMH 為高 電流流向

如圖3所示，當PWMH為高時，(Q1)到導通，(D1)反向截止;直流電壓(Ui)通過(Q1)為電感(L1)儲能并為負載提供能量，這一過程中由于 Ui > Uo, Ui - Uo 的電壓加在電感上，在電感沒有飽和前，電感電流線性增加，電感儲能;由此可計算電感電流增加量，

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圖3 PWMH 為低 電流流向

圖4所示，當PWM為低時，Q1截止，電感電流線性減少，由楞次定律可以電感L1上會產生一個“右正左負”的感應電動勢，此時電感(L1) 電容C2釋放能量通過整流二極管為負載供電，整流二極管正向導通。

由電感特性以及上述計算式可知，對于一個電感值固定的電感來來說，電感電流的增加量或者減少量的大小取決于時間長度乘以對應時間內的電壓，我們稱之為伏秒積;對于一個穩定工作的電路，在一個周期之內電感的伏秒積必須為零。如果電感電流增加量一直大于減少量，則電感電流會一直增加，不能達到平衡狀態。在一個周期內電感的平均電壓也為零。

定義PWMH為高時，Q1開通時間為t(on);PWMH為低時，Q1截止時間為t(off);一個PWM周期就是 Q1開通時間與關斷時間之和，定義Q1開通時間占這個PWM周期的比例定位PWM占空比 D 那么PWM的周期 T 和 頻率 F 就是 ：