BUCK电路 ppt课件
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BUCK电路基本原理ppt课件
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10
Vo toff = (Vin – Vo) ton
Vo = D Vin
其中: D = Ton/ T 忽略功率损耗:
Vin Iin = Vo Io
Iin = IL = Io/D
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5
3.两种工作模式
根据电感上电流是否连续可将其工作分为CCM和DCM。
CCM连续电流模式
在重负载电流时 IAVE > ½ IRipple
BUCK电路基本原理及工作方 式分析
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1
1.BUCK电路基本拓扑
Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管 不隔离直流变换器。
图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为 f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期 Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。
开关频率及输出电压和负载电 流相关
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8
4.闭环控制思想
1. 上图所示的电流电压双闭环的模式； 2.首先满足电压环的控制，使其输出快速达到给定 电压，而后通过调整负载满足电流环的控制； 3.当然在电路出现故障时，优先满足电流环，可能 会出现电压输出较低的情况。
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9
5.PEU-BUCK电路
电感的电流总是由正方向流动 电流不会降到0
PWM控制,恒定开关频率工作 改变占空式调节输出
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输出负载电流下降 从CCM-DCM
CCM CCM有最小输出负载电流要求
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DCM
7
DCM不连续电流模式
在轻负载电流时 IAVE < ½ IRipple
BUCK基本知识PPT课件
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二、降压式变换电路（Buck电路）
设计方法考虑：
（1）由 U0 UC，计算LC 的关系
（2）最小输出电流与 I L 的关系，见图中波形，由于电感电流连
续，有
1 I 2
I o mi n
，计算L的关系式。
（3）由输入输出电压关系，计算D
（4）由
ILMAXIVT
此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的 下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一 个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。
这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平 均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。
这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。
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三、DC-DC的纹波和噪音
纹波和噪声的测量方法
从上图来看，似乎与其他测波形电路没有什么区别，但实际上要求不同 。测纹波和噪声电压的要求如下：
● 要防止环境的电磁场干扰（EMI）侵入，使输出的噪声电压不受EMI 的影 响；
● 要防止负载电路中可能产生的EMI 干扰； ●对小型开关型模块电源，由于内部无输出电容或输出电容较小，所以在测
如图4-2，有：
uo
LdiL dt
L IL t2t1
iVT 0
IL
uo(t2 t1) L
iC
iL
io
iL
uo R
（io恒定，iC与iL同斜率）
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二、降压式变换电路（Buck电路）
BUCK-电源工作原理ppt课件
•
Vin = 5V Vo=2.5V
•
Io=3.0A Fs=300KHz
• 根据前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5
•
Ton=0.5/300000=1.67uS
设： ΔIo=Io*10%=3.0*30%=0.9A
•
L=(Vin-V0)*Ton/ΔIo
•
=(5-2.5)*1.67/0.9
51
.
•.
52
.
• 应用电路：
53
26
上管驱动原理： •．
27
.
• MOS管的驱动电路：
28
控制部分： •.
29
PWM 调制原理 •.
30
PWM 调制原理
CPU工作时会根据负荷的大小发出一组VID代码 给电源IC，经过数/模转换后，得一模拟电压值， 即为CPU 所需的工作电压。电源IC 以此电压为 参考值，将之与CPU 实际电压信号的差值进行放 大，得到误差信号Vcomp, 再与电源IC 内部产生 的锯齿波信号进行比较，产生PWM信号，控制开 关管的关断，使输出电压调整到符合 VID 相应的 电位。
31
• 稳压原理：
.
32
.
•.
33
.
• 限流检测(限流）：
34
.
• 电流检测（通道平衡）：
35
主板电源类型：
•.
36
.
• 通道电流平衡： • 为使每通道的达到热平衡，需要每通道的电感电
流大小一致，IC内部处理方式：采样每通道的电 流，将各通道电流求和平均，与相电流相减，产 生一个误差信号Ier，再和Vcomp相减，调整各相 PWM 宽度，达到电流平衡，各相 Ier为零时，则 电流达到了平衡。 • 电流平衡是通过检测流过下管Rds(on)来实现的。
BUCK变换器 PPT
大家有疑问的，
三、波形分析
❖ 按电感电流iL是否从零开始，有两种工作模式： ⑴、连续工作模式； ⑵、不连续工作模式。 各部分工作波形分别如图3（a）、（b）所示
图3 BUCK变换器两种工作模式波形图
连续工作模式
❖ 1、MOS导通D截止，电感电流增量： ❖ 2、MOS截止D导通，电感电流增量：
❖ 3、电路达到稳定状态下：
｝
由上面公式可得：
Vo/Vs是电压增益，用M表示。 输出电压Vo随占空比D1变化，由于D1<1， 所以Vo<Vs。 由上式可得知：电压增益由开关接通的占空比 D1决定，说明变换器具有很好的控制性。 M与D1曲线图如下：
图4 电压增益M与开关占空比D1关系图
不连续工作模式
❖ 1、MOS管导通阶段：
和，寄生电阻零；电容等效串联电阻零。 ❖ 3、输出纹波电压与输出电压的比小到可以忽略。
2.2、工作过程
❖ 1、开关（晶体管）导通：
二极管D1截止；电感电流线性增加并储能；电容充电 储能；输出电压Vo。
❖ 2、开关（晶体管）关断：
二极管D1导通；电感释放能量；电容放电；输出Vo。
大家应该也有点累了，稍作休息
完全传递
（晶体管）串联于输入与输出之间。 ❖ 1.3、三端开关型降压稳压电源：
⑴、输入与输出的一根线是公用的。 ⑵、输出电压小于输入电压。
二、BUCK变换器的工作原理
图2 BUCK变换器电路工作过程
2.1、变换器工作于理想状态
❖ 在图2中作如下假设： ❖ 1、开关晶体管、二极管均为理想元件：快速导通
关断，且导通压降零，关断漏电流零。 ❖ 2、电感电容为理想元件：电感工作在线性区不饱
❖ 2、MOS管断开阶段：
三、波形分析
❖ 按电感电流iL是否从零开始，有两种工作模式： ⑴、连续工作模式； ⑵、不连续工作模式。 各部分工作波形分别如图3（a）、（b）所示
图3 BUCK变换器两种工作模式波形图
连续工作模式
❖ 1、MOS导通D截止，电感电流增量： ❖ 2、MOS截止D导通，电感电流增量：
❖ 3、电路达到稳定状态下：
｝
由上面公式可得：
Vo/Vs是电压增益，用M表示。 输出电压Vo随占空比D1变化，由于D1<1， 所以Vo<Vs。 由上式可得知：电压增益由开关接通的占空比 D1决定，说明变换器具有很好的控制性。 M与D1曲线图如下：
图4 电压增益M与开关占空比D1关系图
不连续工作模式
❖ 1、MOS管导通阶段：
和，寄生电阻零；电容等效串联电阻零。 ❖ 3、输出纹波电压与输出电压的比小到可以忽略。
2.2、工作过程
❖ 1、开关（晶体管）导通：
二极管D1截止；电感电流线性增加并储能；电容充电 储能；输出电压Vo。
❖ 2、开关（晶体管）关断：
二极管D1导通；电感释放能量；电容放电；输出Vo。
大家应该也有点累了，稍作休息
完全传递
（晶体管）串联于输入与输出之间。 ❖ 1.3、三端开关型降压稳压电源：
⑴、输入与输出的一根线是公用的。 ⑵、输出电压小于输入电压。
二、BUCK变换器的工作原理
图2 BUCK变换器电路工作过程
2.1、变换器工作于理想状态
❖ 在图2中作如下假设： ❖ 1、开关晶体管、二极管均为理想元件：快速导通
关断，且导通压降零，关断漏电流零。 ❖ 2、电感电容为理想元件：电感工作在线性区不饱
❖ 2、MOS管断开阶段：
buck电路原理PPT课件
误差放大器补偿
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电压模式控制BUCK变换器
优点: 不需要精密的电流检测电阻供最缺点
缺点 1 环路增益是输入电压的函数,需要输入电压前馈 2 环路增益是输出电容ESR的函数,需要仔细设计补 偿环路 3 电流检测/限流控制缓慢不准确 4 如果多个电源和多个并联相位操作,需要外部电 路进行均流控制
9
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CCM连续电流模式
在重负载电流时
IAVE > ½ IRipple
电感的电流总是由正方向流动
电流不会降到0
PWM控制,恒定开关频率工作
改变占空式调节输出
由于开关频率固定，噪声频谱固 定，噪声频谱相对窄，使用简单 滤波技术就可以极大程度的减小 峰峰电压纹波。
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谷点电流模式控制BUCK变换器
L
d
PWM
rc
R
Vo
C
vo
d
iL x Rds(on)
Comparator vIth
ITH
Rth
补偿网络 Cth
Cthp
Kref(s) R2
C1
EAIN
igm gm veainR1
Ro
误差放大器
Vref
29
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DCM不连续电流模式
在轻负载电流时
IAVE < ½ IRipple
电感的电流(能量)完全放电 到0,在电流降到0时刻，二 极管自然关断,阻挡电感电 流的反向流动，输出由电 容提供,纹波大.
Buck电路工作原理详解ppt课件
T d2 T L Io 2 2 L T D IL L m I in L m V in in T V D in T V 2 D o T 2D V o T 2 D 2
.
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<T(1-D),即
2TLIoVinT2D 2VoT2D 2T(1D ) Vin TD Vo TD
The future power solutionsBUK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
.
- + tuoV 1 R 1 C 1 L 1 D 1 Q niV - +
L Vin VoTD
2Io
.
Buck电路原理分析
五、BUCK电路仿真验证：
图七 .
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=80uH 1、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，
- + tuoV 1 R - 1 L + niV - +
图二
.
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Buck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CL1放电以及减小的电感电流维持，等
.
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<T(1-D),即
2TLIoVinT2D 2VoT2D 2T(1D ) Vin TD Vo TD
The future power solutionsBUK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
.
- + tuoV 1 R 1 C 1 L 1 D 1 Q niV - +
L Vin VoTD
2Io
.
Buck电路原理分析
五、BUCK电路仿真验证：
图七 .
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=80uH 1、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，
- + tuoV 1 R - 1 L + niV - +
图二
.
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Buck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CL1放电以及减小的电感电流维持，等
Buck-电路结构详解ppt课件
Off-Time B
Current
Load
4
DC-DC降压转换器：稳简态时 化波形 面积相等 。 Vsw
Input
Vout
ION
A Output
VSW
ton
toff
T
On-Time
L
B
C
Load
ION
Input A
VSW
Off-Time B
L
IOFF
C
Output Load
I OFF IL
假设开关A和B由固定频率的互补方波 信号驱动
1
jw
(R2 R3) R 2 R3Cc 2
CC
2
*-假设为理想运放：增益带宽无限
15
DC-DC降压转换器：电压模式控制 III型补偿
Gain (dB)
AEA(f)
-20dB/dec
-20dB/dec
f 90
-90
f
Phase ( )°
16
DC-DC降压转换器：电压模式控制 PWM直流增益
AEA*
RTOP R3 RTOP R3CC0
1 jwRCCC1 1 jw RTOP R3 CC2
jw1
jwRC
CC1CC 0 CC1 CC0
1
jwR3CC 2
*-假设为理想运放：增益带宽无限
14
DC-DC降压转换器：电压模式控制
III型补偿
VPK
+-
Oscillator
+
-
Control Input
S
Q
FlipFlop
R
Q
BUCK电路 ppt课件
电压平均值（6.32V，纹波电压3.6V(57%)）
12x0.96（11.5V） 现在还不是BUCK
提示：R11功耗大，温度较高，小心烫伤，测试时间尽量不要太长。
BUCK电路
点石电子
点石电子
点石电子
点石电子
测试内容 先后接上D1、C5
1、开关管集电极电压（与PWM反相） VC_on Vin VC _ off 尖点锋石大电幅子减小
点石电子
12VDC ON
点石电子
GND
点石电子
OFF
点石电子
示波器夹子 （接地）
结果分析
波形（占点空石比电约子96%，与PWM波形反相点）石电子
电压（Max:12.6V,约等于Vin（12V），Min:-4V,<<-156V） D1在开关断开时为电感提供了电流回路，放电电流大，故尖锋电压小
未接C5时
提示：牢记电感的VA特性。
思考：为什么电流方向不变，电压方向可变？
BUCK电路
IL_av
g Im
i n Im
a xIm 2
in
点石电子
点石电子 I L _ max
I L _ avg I L _ min
点石电子
电磁感应定律 UL
n
T
(U in U O ) T O NU O T OFF
点石电子
UL
点石电子
实验板成品
点石电子
物料清单（实物）
点石电子
测试效果图
TL494工作点测试
开关管、电感测试
点石电子
BUCK电路
稳压控制环测试
点石电子
点石电子
频率补偿测试
点石电子
基本原理
功能模块 原理讲解
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I L _ max
I L _ avg I L _ min
电点感石量电L子减小
点石电子
I L _ max I L _ avg
I L _ min
纹波增大，斜率增大
点石电子
点石I电L _ ma子x
I L _ avg I L _ min
电感量点L石增电加 子
纹波减小，斜率减小
BCM电感电流临界导电模式
CCM电感电流连续导电模式
点石电子
5V
稳压控制
点石电子
开关频率
点石电子
过流保护
点石电子
I OCP
V pin15 R10
BUCK电路
名称
型号规格
名称 型号规格
R1
47,1/4W,直插
C1 104,瓷片/独石
R2,R7
150,1/4点W石,直电插子
C2 10点2,石瓷电片子/独石
R3,R9
47K,1/4W,直插
C3 100uF/50V,铝电解
点石电子
实验板成品
点石电子
物料清单（实物）
点石电子
测试效果图
TL494工作点测试
开关管、电感测试
点石电子
BUCK电路
稳压控制环测试
点石电子
点石电子
频率补偿测试
点石电子
基本原理
功能模块 原理讲解
点石电子
元件焊接
BUCK开环测试
过流保护测试
点石电子
点石电子
电路测试 波形分析
目标：原理讲解简明易懂，通过实验数据和波形对理论进行验证，加深理解，学以致用。
提示：牢记电感的VA特性。
思考：为什么电流方向不变，电压方向可变？
BUCK电路
IL_av
g Im
i n Im
a xIm 2
in
点石电子
点石电子 I L _ max
I L _ avg I L _ min
点石电子
电磁感应定律 UL
n
T
(U in U O ) T O NU O T OFF
点石电子
UL
点石电子
点石电子
点石电子
5点V石电子
16脚（DIP16、SOP16封装）
误差放大器 参考电压 PWM比较器 锯齿波振荡器 输出驱动电路
BUCK电路
ON
OFF
PWM比较器
Ue Uj
+-
Ue Udt
点1石电子
点输石出电控子制
OC
Udt 死区时间 Uj
+-
2
欠压保护
4点.9V石电子
Vcc
+-
3
E
或
点石电子
点石电子
BUCK电路
U PWM
点石电子
点石电子
t
IO
IL
点石电子
点石电子 t
输出电压 UO Uref
D UO Uref Uin Uin
点石电子Uo上升，Ue减小，D点减石小电，子Uo降低
反之，当Uo下降时，Ue增大，D增大，Uo上升
BUCK电路
点石电子
点石电子
点石电开子关管驱动
PWM比较器
PWM控点制石电器子
LI点石电子 T
I U L 电流线性变化
T L
UOUinToT noT noff点U 石in电D 子
D<1，故为降压
若 点石电子
输入输出电压、开关频率、 占空比不变，仅改变L大小 则 电流的斜率和纹波大小会相应改变
BUCK电路
I UL k T L
若输入输出电压不变，开关频率不变，不限制电流的峰值
R4
1M,1/4W,直插
C4 470uF/25V,铝电解
R点5石,R电6,R子8
R10a,R10 b
5.1K,1/4W,直插 0.22,1/4W,直插
C5
点石电子
47uF/25V,铝电解点石电子
D1 MR850（或FR307）
R11
15,1/2W,直插
DS1 150mA LED（2835贴片）
TL494
• 例题：若流过电感线圈（L=1mH）的电流波形IL如下图所
示，请计算各个时间段电感两端的电压UL，并画出电压波
形。
点石电子
点石电子
I(mA)
1000
点石电子
点石电子
01 2
U(V) 1
3 4 56 7 8
0
点石电子
-1
t(ms)
点石电子 LI
要点 UL t
t点(m石s)电电压子流 可都 正是 可正 负的 ；， 电而 流电 线 性变化时电压为定值
误差放大器
点石电子
基准电压源
锯齿波振荡器
通用PWM 控制器
TL494
误差放大器点（石2个电）子 基准电压源（5点V）石电P子WM比较器
锯齿波振荡器（频率外部设置） 开关管驱动
死区时间控制 欠压保护 输出控制（单端/双端）
BUCK电路
f osc
1.1 RT CT
点石电子
点石电子
点石电子
Uref Usam
E t
点石U电L 子Nt
B NI(0 )
磁芯的磁通量
Effective Area
BAeNIA点e石电子
N LI LN2AeL与N2成正比
NLI
UL
N
点石t 电子
UL
LI t
1、电感线圈上的电流是变化的
2、电感线圈上的电压可以突变
提示：电感B中 ,,N,L,I,E这几个物理量？的关系
BUCK电路
DCM电感电流断续导电模式
注意 1、若输入输出电压点不石变电，子则占空比不变，电流点上石升电和子下降时长不变
2、磁芯大小不变，L与线圈匝数N2成正比 3、磁芯大小不变，在不引起磁饱和的情况下，改变L的大小仅影响电流的形态，
不影响电感所能传递的功率大小，要改变功率，必须改变磁芯的规格。
4、开关导通的时间不能过长，否则电感饱和，将失去电感的作用。
通俗易懂、深入实践、进阶必备
《开关电源 》实战
2
BUCK变换器
I L _ max I L _ avg
I L _ min
BUCK电路
DC/DC变换原理
BUCK稳压器原理
点石电子
TL494详解 带过流保护的BUCK电路实例
点石电子
输入：10~40VDC 输出：5V/1A 过流保护：1.3A
点石电子
点石电子
DIP16
L1 1mH@2A
物料清单提供元件的点电石参电数子、规格、型号，据此点购石买电元子件和设计PCB
提示：可以根据元件的主要参数，选择性能指标相近，而品牌型号不同的替代型号
点石电子
BUCK电路
点石电子
PCB布局图
实验方法
边焊边测，渐步验证
点石电子
功率开关 三极管
点石电路子板实物
点石电子
OC=0 OC=1
欠压保护 3.5V 5V
+-
4
点石电子
点石电子
注：“或”运算：只要有一个输入为高电平，输出即为高电平
提示：PWM控制器内置多种保护功能常常采用“或”逻辑控制。
BUCK电路
输入
开关
储能电感
输出
低电平开
点石电子
频率补偿点石电子
续流二极管
滤波电容
点石电子
无软 单端 启动 输出
BUCK电路
• 电磁感应现象
点石电子
点石电子
电生磁
点石电子
点石电子
磁生电
点石电子
i
i
点石电子 t
磁通不变，不会产生感生电动势
点石电子
t
磁通变化，会产生感通有变化。
BUCK电路
• 电感线圈
磁生电
电点生石磁电子
B0NI
点石电子
加入点磁石芯电可子提高磁感应强度 点石电子