buck电路的原理分析和参数设计
Buck电路参数选择原理和计算
第三章 Buck 电路参数选择原理和计算3.1 参数选择原理在Buck 电路中的电感L 和电容C 组成低通滤波器，此滤波器的设计原则是，使输出电压的直流分量可以通过，抑制输出电压的开关频率及其谐波分量通过。
但是，构建一个能够让直流分量通过而且完全滤除开关频率及其谐波分量的完美的滤波器是不可能的，所以，在输出中至少有一小部分是由于开关产生的高频谐波。
因此，输出电压波形事实上如图3.1所示，可以表达为)()(00t u U t u ripple += （3.1）U )(t ripple (0t u图3.1 输出电压波形所以实际的输出电压由所需要的直流分量0U 加少量的交流分量ripple u 所组成，交流分量由低通滤波器未能完全衰减的开关谐波所产生。
由于直流变换器的作用使产生所需的直流的输出，因此希望输出电压开关纹波应很小。
所以，通常可以假设开关纹波的幅值远远小于直流分量，即 0max U u ripple << （3.2）因此，输出电压近似为直流分量0U ，而忽略其小纹波成分ripple u ，即00)(U t u ≈ （3.4）上述近似称为小纹波近似，或称线性纹波近似，可大大简化变换器波形的分析。
下面分析电感电流波形，进而得出电感的计算公式。
通过电感电压波形的积分可以得到电感电流。
开关在位置1时，电感在左侧与输入电压d U 相连，电路简化为下图3.1（a ）。
电感电压为)()(0t u U t u d L -= （3.5）d U )(0t u（a ）)(0t u（b ）图3.1如上所述，输出电压)(0t u 为其直流分量0U 加小的交流纹波成分)(t u ripple 。
采用小纹波近似，式（3.4）中的)(0t u 用其直流分量0U 代替，得到0)(U U t u d L -= （3.6）开关在位置1时，电感电压等于0U U d -，如图3.1（b ）所示。
电感电压方程为dt t di Lt u L L )()(= （3.7） 在第一个子区间，由上式可以解得电感电流波形的斜率为L U U L t u dt t di d L L 0)()(-== （3.8） 由于开关在位置1时，电感电压近似为常量，因此电感电流的变化率也近似为常数，电感电流线性上升。
Buck电路的原理分析和参数设计
Buck电路的原理分析和参数设计连续工作状态一Buck工作原理将快速通断的晶体管置于输入与输出之间，通过调节通断比例（占空比）来控制输出直流电压的平均值。
该平均电压由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。
Q导通：输入端电源通过开关管Q及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电。
电感相当于一个恒流源，起传递能量作用电容相当于恒压源，在电路里起到滤波的作用Q闭合:电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。
导通时Q的电流闭合时C的电流L的电流和输出电流的关系。
输出电压与输入电压的关系（不考虑损耗）二 buck 的应用Buck 为降压开关电路，具有效率高，体积小，功率密度高的特点1．Buck 的效率Buck 的损耗：1.交流开关损耗 2.管子导通损耗3.电感电容等效电阻损耗Buck 的效率很高，一般可以达到60%以上，2．Buck 的开关频率频率越高，功率密度越大，但也同时带来了开关损耗。
在25~50KHZ 范围内buck 的体积可随频率的增大而减小。
三．参数的设计1．电感的参数电感的选择要满足直到输出最小规定电流时，电感电流也保持连续。
在临界不连续工作状态时 2120I I I -=ON OI T I V V L 20-=' ON I T LV V I I 012-=- 所以L L '≥ L 越大，进入不连续状态时的电流就越小2．电容的参数电容的选择必须满足输出纹波的要求。
电容纹波的产生：1. 电容产生的纹波： 相对很小，可以忽略不计2. 电容等效电感产生的纹波：在300KHZ~500KHZ 以下可以忽略不计3. 电容等效电阻产生的纹波：与esr 和流过电容电流成正比。
为了减小纹波，就要让esr 尽量的小。
不连续工作状态（1）开关管Q 导通，电感电流由零增加到最大（2）开关管Q 关断，二极管D 续流，电感电流从最大降到零； （3）开关管Q 和二极管D 都关断（截止），在此期间电感电流保持为零，负载由输出滤波电容来供电。
buck电路环路参数设计
buck电路环路参数设计一、引言在电子工程中，Buck电路是一种常见的电源转换电路，广泛应用于各种电子设备中。
其工作原理是将输入电压的一部分转换成较低的输出电压。
对于Buck电路的设计，环路参数设计是其核心部分，直接影响电路的性能和稳定性。
二、环路参数设计1.电感的选择：电感是Buck电路中重要的元件，它能够抑制电流的波动，同时对交流信号进行过滤。
电感的选取需要考虑电路的工作频率、输入电压、输出电压以及负载变化等因素。
一般来说，电感值越大，电路的抗干扰能力越强，但也会增加电路的体积和重量。
因此，需要根据实际情况进行权衡。
2.电容的选择：电容在Buck电路中扮演着重要的角色，它可以滤除高频噪声，提高电路的稳定性。
电容的选取需要考虑电路的工作频率、输入电压、输出电压以及负载变化等因素。
同时，电容的耐压值也需要考虑，避免因过压损坏电容。
3.电阻的选择：电阻在Buck电路中主要用于调整输出电压和限制电流。
电阻的选取需要考虑电阻值的大小、功率以及电路的工作环境等因素。
电阻值过大，可能导致输出电压波动大，影响电路的性能；电阻值过小，可能导致电路发热严重，影响电路的稳定性。
三、设计实例假设我们设计一个用于手机电池充电的Buck电路，我们需要考虑以下环路参数：输入电压为3.7V，输出电压为3V，工作频率为1MHz，负载变化范围为5%-10%。
根据这些参数，我们可以进行以下设计：1.电感选择：根据工作频率和输入电压，我们选择电感值为5mH。
2.电容选择：由于工作频率较低，我们选择1uF的电容，并确保其耐压值能够承受输入电压和输出电压的叠加。
3.电阻选择：我们选择一个可调电阻，用于调整输出电压，使其在5%-10%的负载范围内保持稳定。
初始时，将电阻调至最大值，然后逐渐减小电阻值，直到达到最佳输出电压。
同时，为了限制电流，我们选择一个适当的限流电阻。
四、结论通过以上设计步骤和方法，我们可以成功地设计出一个性能稳定、体积轻便的Buck电路。
BUCK变换器设计
BUCK变换器设计一、引言BUCK（降压）变换器是一种常见的开环降压电源设计，具有广泛的应用领域。
在本文中，我们将详细介绍BUCK变换器的设计原理和步骤。
二、BUCK变换器的基本原理1.输入电压通过一个开关管和一个电感器连接到输出电压。
开关管通过开关周期性地打开和关闭来调整输出电压。
2.当开关打开时，电流通过电感器，能量存储在电感器磁场中。
3.当开关关闭时，电感器上的磁场坍缩，通过一个二极管将存储的能量传递到输出负载电路中。
4.通过调整开关管的开关周期和占空比，可以实现对输出电压的精确控制。
三、BUCK变换器的设计步骤下面是设计BUCK变换器的基本步骤：1.确定输入电压和输出电压范围。
根据应用的需求，确定输入电压和输出电压的合适范围。
输入电压通常由电源提供，而输出电压则由负载需求决定。
2.选择合适的开关器件。
根据输入电压和输出电流的要求，选择合适的开关管和二极管，以确保电流和功率的可靠传输。
3.计算开关周期和占空比。
根据输入输出电压的比例以及工作频率，计算出合适的开关周期和占空比。
这两个参数直接影响输出电压的稳定性和效率。
4.计算电感器和输出电容。
根据预设的开关周期和占空比，计算出合适的电感器和输出电容值。
电感器和输出电容可以提供电流平滑和稳定输出电压的功能。
5.设计反馈电路。
设计一个反馈电路来控制开关管的工作，以实现对输出电压的精确调节。
常见的反馈电路包括PID控制器和比例控制器。
6.进行验证和测试。
在实际应用中，进行验证和测试以确保设计的BUCK变换器满足要求。
四、BUCK变换器的特点和应用1.高效率。
BUCK变换器通过周期性开关操作和能量传递来实现电流和功率的可靠转换，使得效率比传统的线性稳压器更高。
2.范围广。
BUCK变换器可以适应不同的输入电压和输出电压需求，可以应用于多种电子设备和系统。
3.体积小。
由于BUCK变换器的高效转换机制，可以采用较小的电感器和电容器，从而实现体积小巧的设计。
BUCK电路工作原理分析
BUCK电路工作原理分析BUCK电路是一种常见的降压DC-DC转换器，通过调节开关管的导通时间，将输入电压降低到所需的输出电压。
在实际应用中，BUCK电路主要应用于功率管理领域，如电源适配器、DC-DC模块和电动车充电器等。
BUCK电路的工作原理可以简单概括如下：当输入电压施加到电路上时，开关管施加一个调制的矩形波信号，使得输入电压在开关管通断的过程中传递到输出端，从而实现对输出电压进行调节。
当开关管导通时，电感储能器会储存能量，同时输出电压为输入电压减去开关管压降；而当开关管断开时，电感储能器释放储存的能量，从而输出电压变为输入电压的一部分，供给负载。
在BUCK电路中，主要包括开关管、电感储能器、二极管和输出滤波电容等组件。
具体的工作原理如下：1.开关管：BUCK电路中的开关管主要是承担对输入电压进行开关控制的作用。
当开关管导通时，输入电压通过开关管传递到输出端，同时电感储能器中的能量得以储存；当开关管断开时，电感储能器释放储存的能量，从而输出电压得以维持。
常用的开关管有MOSFET和IGBT等。
2.电感储能器：电感储能器是BUCK电路中的重要元件，用来储存输入电压传递过来的能量。
当开关管导通时，电感储能器中的电流增加，能量被储存起来；而当开关管断开时，电感储能器中的电流减小，能量被释放出来。
通过电感储能器储存和释放能量的交替过程，实现了对输入电压进行降压的目的。
3.二极管：在BUCK电路中，二极管主要用来保护开关管，防止反向电压对开关管造成损害。
当开关管导通时，二极管不导通，电流流经开关管；而当开关管断开时，二极管导通，释放电感储能器中储存的能量，从而实现对输出电压的稳定输出。
二极管的选择要考虑其反向恢复特性和导通损耗等因素。
4.输出滤波电容：输出滤波电容主要用来对输出电压进行滤波处理，去除波动和噪声，保证输出电压的稳定性和平滑性。
输出滤波电容的容值要根据实际应用需求和输出波形的允许范围来选择，可以通过合适的滤波设计来改善电路的性能。
BUCK_BOOST电路原理分析
BUCK_BOOST电路原理分析BUCK-BOOST电路是一种常用的电源变换电路，可以将输入电压转换为更高或更低的输出电压。
它是基于开关电源工作原理的一种变换电路，通过控制开关管的导通和断开，来实现电源电压的变换和稳定输出。
BUCK-BOOST电路的基本原理如下：1.电感的作用：BUCK-BOOST电路中，电感起到存储能量的作用。
当开关管导通时，电感充电，存储电能；当开关管断开时，电感放电，释放电能。
通过电感的存储和释放，可以使得输出电压保持平稳。
2.开关管控制：BUCK-BOOST电路中的开关管通常为MOSFET管或BJT 管。
通过控制开关管的导通和断开，可以控制电感充电和放电的时间。
当开关管导通时，电感充电，输出电压增大；当开关管断开时，电感放电，输出电压降低。
3.反馈控制：BUCK-BOOST电路通常会添加反馈控制回路来实现电压的稳定输出。
在反馈控制回路中，通过采样电路获取输出电压信号，并与参考电压进行比较，得到误差信号。
然后通过控制开关管的导通和断开，来调整输出电压，使得误差信号逐渐趋近于零，实现稳定输出。
4.脉宽调制（PWM）控制：BUCK-BOOST电路通常使用脉宽调制控制方法来实现开关管的控制。
脉宽调制就是根据误差信号改变开关管的导通时间，使得开关管导通时间与断开时间按照一定规律改变，从而实现稳定的输出电压。
5.滤波电容的作用：BUCK-BOOST电路中，通常会添加滤波电容，用于平滑输出电压。
滤波电容能够吸收电感放电过程中的脉动，并保持输出电压的稳定性。
总的来说，BUCK-BOOST电路是通过控制开关管的导通和断开来实现电压的变换和稳定输出的。
通过电感的存储和释放能量、反馈控制回路、脉宽调制控制和滤波电容的作用，可以实现输入电压到输出电压的变换，并保持输出电压的稳定性。
BUCK-BOOST电路在电源设计中具有广泛的应用，可满足不同电压要求的设备需求。
Buck电路原理分析详解
同样，在一个周期进行分析，
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode：关键点原件波形见图六
图六
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、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
→
, T为工作周期，D为占空比： 为Q管导通时间，所以，
①
伏秒积平衡 即
开关管Q1关断时，同理根据KVL定律：
忽略二极管 的正向压降，有
②
①＝② ，可以得出：
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：关键点原件波形见图四
图四
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Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：
开关管Q1导通时，根据KVL定律：
即
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，
Buck电路的设计与参数计算
Buck电路的设计与参数计算一、背景、Buck电路，又名降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。
其所用外围器件少，成本低，高能效，同时可以做到小型化，因此在计算机，消费产品等需多电源供电的电子系统中有着广泛的应用。
二、Buck电路拓扑结构主要由一个开关管Q1，二极管D1，电感L，输出电容C组成的Buck变换电路，因此可以看出其电路组成结构简单，器件较少，因而成本较低。
如图2-1所示图2-1Buck电路的基本结构三、Buck工作原理下图3-1为Buck电路开关波形，及其传递函数。
图3-1Buck电路的基本开关波形Vin为输入电压，Vout为输出电压，Fsw为Q1开关频率L为电感元件的电感值L，D为开关导通占空比根据电感元件在一个开关周期内的伏秒特性，可以写出Buck电路的传递函数，如图3-2所示图3-2Buck电路的传递函数计算方法四、控制模式如下图所示为Buck电路常见的两种控制模式。
图4-1为电压控制模式，图4-2为电流控制模式。
实际应用中最常见的是电压控制模式图4-1电压控制模式图4-2电流控制模式对于电压控制模式，以及电流控制模式他们有不同的优缺点，以及不同应用场景。
对于这两张控制模式，现做一个简单的比较电压控制模式：1，响应较慢2，由于存在ESR，有二阶响应作用3，补偿较为困难电流控制模式：1，每周期逐波限流2，一阶系统容易补偿3，快速响应4，容易引起次谐波振荡五、电感的计算当Buck电路处于临界工作模式CRM下，电感值的计算如下。
首先我们来开临界工作模式下，Buck电路的主要波形，如图5-1所示图5-1Buck电路工作在临界条件下的波形假定我们要设计一个输入Vin在8~15V，输出Vout为3.3V，额定工作电流Io=3A，工作频率为500KHZ的Buck电路。
在临界条件下，电感值计算公式如下5-2所示图5-2电感临界值的计算。
通过计算可知，工作在临界条件下，电感值为0.85uH。
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Buck电路的原理分析和参数设计
连续工作状态
一Buck工作原理
将快速通断的晶体管置于输入与输出之间，通过调节通断比例（占空比）来控制输出直流电压的平均值。
该平均电压由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电
压。
Q导通：
输入端电源通过开关管Q及电感器L对负载
供电，并同时对电感器L充电。
电感相当于一个恒流源，起传递能量作用
电容相当于恒压源，在电路里起到滤波的作用Q闭合:
电感器L中储存的能量通过续流二极管D形
成的回路，对负载R继续供电，从而保证了
负载端获得连续的电流。
导通时Q的电流
闭合时C的电流
L的电流和输出电流的关系。
输出电压与输入电压的关系
（不考虑损耗）
二 buck 的应用
Buck 为降压开关电路，具有效率高，体积小，功率密度高的特点
1．Buck 的效率
Buck 的损耗：1.交流开关损耗 2.管子导通损耗
3.电感电容等效电阻损耗
Buck 的效率很高，一般可以达到60%以上，
2．Buck 的开关频率
频率越高，功率密度越大，但也同时带来了开关损耗。
在25~50KHZ 范围内buck 的体积可随频率的增大而减小。
三．参数的设计
1．电感的参数
电感的选择要满足直到输出最小规定电流时，电感电流也保持连续。
在临界不连续工作状态时 2
1
20I I I -=
ON O
I T I V V L 20
-=
' ON I T L
V V I I 0
12-=
- 所以L L '≥ L 越大，进入不连续状态时的电流就越小
2．电容的参数
电容的选择必须满足输出纹波的要求。
电容纹波的产生：1. 电容产生的纹波： 相对很小，可以忽略不计
2. 电容等效电感产生的纹波：在300KHZ~500KHZ 以下可以忽略不计
3. 电容等效电阻产生的纹波：与esr 和流过电容电流成正比。
为了减小
纹波，就要让esr 尽量的小。
不连续工作状态
（1）开关管Q 导通，电感电流由零增加到最大
（2）开关管Q 关断，二极管D 续流，电感电流从最大降到零； （3）开关管Q 和二极管D 都关断（截止），在此期间电感电流保持为零，负载由输出滤波电容来供电。
损耗输出输出P P p +=η
输入电压与输出电压的关系。