BucktoBuckconverter降压电路
buck电路的原理
buck电路的原理降压式变换电路（Buck电路）详解一、BUCK电路基本结构开关导通时等效电路开关关断时等效电路二、等效的电路模型及基本规律（1）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使us(t)的直流分量可以通过，而抑制us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压uo(t)就是us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。
（2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo有：电容上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。
（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。
这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。
（4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时，电感电流减小，电感释能。
假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为：此增量将产生一个平均感应电势：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。
三、电感电流连续工作模式（CCM）下稳态工作过程分析。
buck降压电路的原理
buck降压电路的原理
Buck降压电路是一种常见的DC-DC转换器，用于将输入电压转换为较低的输出电压。
它由一个开关元件（通常是MOSFET或BJT）和一个电感组成。
工作原理如下：
1. 开关元件关闭状态：当开关元件关闭时，输入电源通过电感和输出负载形成一个回路。
电感储存能量，并将部分能量传递到负载。
2. 开关元件导通状态：当开关元件导通时，电感储存的能量被释放，电流开始流过负载。
同时，电流也开始在电感中增加。
3. 能量传输：在导通状态下，负载上的电流通过电感，通过输出端口提供给负载。
电感的存在使得电流通过负载的平均值小于输入电源的电流。
4. 控制：为了稳定输出电压，开关元件的导通时间和断开时间需要由控制电路控制。
一般情况下，通过调整导通时间的占空比，可以实现输出电压的调节。
总的来说，Buck降压电路通过周期性的开关行为，将高电压转换为低电压。
在导通状态下，电流流向负载，而在断开状态下，电感存储并释放能量。
这个过程通过控制电路来控制，以保持稳定的输出电压。
直流变换器的设计(降压)
直流变换器的设计（降压）一、设计要求： (1)二、题目分析： (1)三、总体方案： (2)四、原理图设计： (2)五、各部分定性说明以及定量计算： (5)六、在设计过程中遇到的问题及排除措施： (6)七、设计心得体会： (6)直流变换器的设计（降压）BUCK降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用BUCK作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。
IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。
它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。
其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
所以用BUCK作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。
BUCK降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT 降压斩波电路的发展。
一、设计要求：技术参数：输入直流电压Vin=36V输出电压Vo=12V输出电流Io=3A最大输出纹波电压50mV工作频率f=100kHz二、题目分析：电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。
由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。
课程设计步骤分析（顺序）：1.设计主电路，主电路为：采用BUCK变换器，主功率管用MOSFET；2.选择主电路所有图列元件，并给出清单；3.设计MOSFET驱动电路及控制电路；4.绘制装置总体电路原理图，绘制： MOSFET驱动电压、BUCK电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形；5.编制设计说明书、设计小结。
buck降压电路设计
buck降压电路设计Buck降压电路是一种常见的电源电路，被广泛应用于各种电子设备中，如手机、电脑、电视等。
它通过降低输入电源的电压，得到所需的输出电压，以满足电子设备的工作要求。
在本篇文章中，我们将详细介绍Buck降压电路的设计原理和步骤。
让我们来了解Buck降压电路的基本工作原理。
Buck电路通常由输入电压源、功率开关、电感、二极管和负载组成。
其中，功率开关可以是MOSFET或BJT，用于控制电路的通断状态。
输入电压通过功率开关和电感形成一个电流环路，通过电流环路的开关控制，可以改变电路中电感的导通和断开状态，从而实现对输出电压的控制。
通过调节电流环路的开关频率，可以实现输出电压的稳定。
接下来，我们将详细介绍Buck降压电路的设计步骤。
1. 确定输出电压要求：我们需要确定所需的输出电压。
根据实际应用需求，确定输出电压的数值和精度要求。
2. 选择功率开关元件：根据所需输出电压和负载电流的要求，选择适当的功率开关元件。
常用的功率开关有MOSFET和BJT两种，根据实际应用需求选取合适的型号。
3. 计算电感和电容数值：根据所选功率开关元件的参数，以及设计输出电压和负载电流的要求，计算电感和电容的数值。
电感和电容的数值选择对输出电压的稳定性有很大影响。
4. 确定开关频率：开关频率也是Buck降压电路设计中非常重要的一个参数。
开关频率的选择要考虑输出电压稳定性、功率开关元件的性能和电路的EMI（电磁干扰）等方面。
5. 设计反馈回路：反馈回路用于检测输出电压，并根据需要进行调节。
常用的反馈回路有电压反馈和电流反馈两种。
根据设计需求，选择合适的反馈回路，并进行设计。
6. 进行仿真和优化：在设计完成后，可以进行电路的仿真和优化。
利用电路仿真软件，对电路进行模拟，验证设计的可行性和稳定性。
如果有必要，可以进一步对电路参数进行调整和优化。
7. PCB布局与焊接：将设计好的电路布局在PCB板上，并进行焊接和连线。
BUCK-BOOST-BUCK-BOOST电路的原理
BUCK BOOST BUCK/BOOST电路的原理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。
、Boost变换器：也称升压式变换器,是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器.开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作.电感Lf在输入侧，称为升压电感。
Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式、Buck/Boost变换器:也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。
Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。
Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。
LDO的特点：①非常低的输入输出电压差②非常小的内部损耗③很小的温度漂移④很高的输出电压稳定度⑤很好的负载和线性调整率⑥很宽的工作温度范围⑦较宽的输入电压范围⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波.斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。
其具体的电路由以下几类:】（1）Buck电路—-降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。
（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。
（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。
降压、升压斩波电路、升降压斩波电路
8.1.1
降压斩波电路
全控型器件 若为晶闸管，斩波电路 （Buck Chopper)
电路结构
续流二极管
典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
3-2
8.1.1
工作原理
降压斩波电路
V E iG L io R
+
VD u o M EM
-
3-8
8.1.3升降压斩波电路 升降压斩波电路
升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
电路结构
3-9
8.1.3升降压斩波电路 升降压斩波电路
基本工作原理
V通时，电源E经V向L供电使 其贮能，此时电流为i1。同时， C维持输出电压恒定并向负载 R供电。 V断时，L的能量向负载释放， 电流为i2。负载电压极性为上 负下正，与电源电压极性相 反，该电路也称作反极性斩 波电路。 动态演示。
降压斩波电路
此种方式应用 最多
斩波电路三种控制方式
T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM）。 ton不变，变T —频率调制。 ton和T都可调，改变占空比—混合型。
基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进 行解析。
分V处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续
3-5
8.1.2
升压斩波电路
升压斩波电路 （Boost Chopper） ） 1) 升压斩波电路的基本原理 电路结构
t=0时刻驱动V导通，电源E向 负载供电，负载电压uo=E，负 载电流io按指数曲线上升。 t=t1 时控制V关断，二极管VD 续流，负载电压uo 近似为零， 负载电流呈指数曲线下降。 通常串接较大电感L使负载电 流连续且脉动小。 动画演示。
iG t on O io T i1 I 10 O uo E
buck降压电路公式
buck降压电路公式Buck降压电路公式Buck降压电路是一种常见的电子电路，用于将高电压转换为较低电压的电源。
它是许多电子设备和系统中的关键组成部分，如手机、电脑、电源适配器等。
Buck降压电路的工作原理是通过控制开关管的导通时间来改变电路的输入电压和输出电压之间的比例关系。
其核心是一个开关管和一个电感器，通过周期性地打开和关闭开关管，控制电感器上的电流，从而实现对输出电压的调节。
在Buck降压电路中，输出电压、输入电压、电感器的电流和导通时间之间存在一种关系，可以用公式来表示。
这个公式就是Buck 降压电路的关键公式，也是设计和分析这种电路的基础。
Buck降压电路的公式如下：Vout = Vin * (1 - D)其中，Vout表示输出电压，Vin表示输入电压，D表示开关管的导通时间占整个开关周期的比例。
这个公式表明，输出电压与输入电压之间的比例关系取决于导通时间的长短。
根据这个公式，我们可以进行一些设计和分析。
比如，如果我们希望输出电压为输入电压的一半，那么可以将D设置为0.5。
这样，开关管的导通时间占整个开关周期的一半，输出电压也就是输入电压的一半。
另一个例子是，如果我们希望输出电压为输入电压的四分之一，那么可以将D设置为0.25。
这样，开关管的导通时间占整个开关周期的四分之一，输出电压也就是输入电压的四分之一。
Buck降压电路的公式还可以通过其他参数的变化来进行调节。
比如，如果我们希望输出电压变化范围更大，可以增加电感器的值。
通过增加电感器的值，可以降低输出电压与导通时间的比例关系，从而实现更大范围的输出电压调节。
Buck降压电路的公式还可以用来计算电路的效率。
电路的效率表示输出功率与输入功率之间的比例关系。
根据公式，我们可以计算出输出功率和输入功率，从而得到电路的效率。
Buck降压电路的公式是设计和分析这种电路的基础。
通过这个公式，我们可以了解到输出电压与输入电压之间的比例关系，以及通过调节导通时间和其他参数来实现对输出电压的调节。
BUCK降压的原理简介
BUCK降压的原理1. 引言在电子设备中，电源管理是一个关键的技术，它主要涉及电能的转换和调节。
其中，降压（Buck）转换器是最常用的电源管理器件之一。
本文将介绍BUCK降压的原理以及其在电路中的应用。
2. BUCK降压原理BUCK降压原理基于开关电源技术，通过周期性地打开和关闭开关管，将输入电源的高电压转换为较低的输出电压。
主要包括以下几个部分：2.1 输入电压稳定电路输入电压稳定电路主要用于对输入电压进行稳定，以保证输出电压的稳定性和可靠性。
常见的输入电压稳定电路包括滤波电路和稳压电路，能有效过滤电源中的噪声和干扰。
2.2 控制电路控制电路是BUCK降压转换器的核心部分，它用于控制开关管的开关频率和占空比，以输出稳定的电压。
常见的控制策略包括恒频控制和恒压控制。
2.3 能量储存元件能量储存元件主要指电感和电容，它们用于储存能量和平滑输出电压。
电感储存了能量，并在关断状态下通过二极管向输出电容放电，实现对输出电压的平滑。
2.4 输出电压控制回路输出电压控制回路用于监测输出电压，并通过反馈控制的方式调节开关管的开关频率和占空比，以实现输出电压的稳定。
常用的控制方式包括PWM调制和电压模式控制。
2.5 输出滤波电路输出滤波电路主要用于去除输出电压中的纹波，并提供稳定的直流电压。
常用的输出滤波电路包括电感滤波器和电容滤波器。
3. BUCK降压的应用BUCK降压转换器在电子设备中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 手机和平板电脑在手机和平板电脑中，BUCK降压转换器被用于将锂电池的高电压转换为电路所需的低电压，如3.3V、5V等供电电压。
3.2 电子设备在各种电子设备中，BUCK降压转换器被用于提供可靠且稳定的电源，以满足电路的工作电压需求。
3.3 LED照明在LED照明系统中，BUCK降压转换器被用于提供稳定的电流，以驱动LED 灯珠，实现照明效果。
3.4 电动汽车在电动汽车的充电系统中，BUCK降压转换器被用于将高电压充电桩的输出转换为电池组所需的电压，以实现电池的充电。
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1.量測Vphase和GND之間的訊號,觀察振鈴頻率
fR
2.找到一個可將振鈴頻率降低一半的電容,接在
Phase和GND之間.估算電路的寄生電容Cpar.
Buck converter introduce
Prepare by: Mars
PEGATRON MPD
A buck converter is a step-down DC-DC converter. Its design is similar to the stepup boost converter, and like the boost converter it is a switched-mode power supply(SMPS) that uses two switches (a transistor and a diode), an inductor and a capacitor.
0
假設電感電流全部用于對Cout充電,那么
IC I L I Ripple
Vout ( Ri ppl e)
I Ripple ESR
1 C
1 2
I
Ripple
t
on
C
I Ripple ton
2(Vout(Ripple) I Ripple ESR)
Cout的選擇: 動態載
Qg大Switch loss大MOS發熱
PHighMOSloss
I
2 out
RDS(on)
D
1 2
I out
Vin
tsw
Fosc
Low side MOS: Rds(on)
Rds(on)大Conduction loss大MOS發熱
PLowMOSloss
I
L
I
2 max
2 Vout VRipple
PEGATRON MPD
Cout ripple實測曲線
ESR
ESL
C
Channel 1:Vin waveform Channel 2:1.05Vo output waveform Channel 3:1.25Vo output waveform 靜態載波形
Low side MOS on:電流方向 L,CLoad
此時儲能元件L和C釋放能量,為L 和C提供電荷
E=1/2(L*IL*IL) E=1/2(C*U*U)
The two circuit configuration of a buck converter: Off state
PEGATRON MPD
如右圖,假設電感電流全部用于對Cout充電,
可推導出如下公式:
Vout
L
di dt
Vout
L I max toff
toff
L I max Vout
Q
1 2 I max
toff
1
L
I
2 max
2 Vout
又 Q Cout VRipple
C 1
PEGATRON MPD
Theory of Operation
High side MOS on:電流方向 VinLCLoad
此時Vin是電源,給儲能元件充電, 并向負載提供電荷
E=1/2(L*IL*IL) E=1/2(C*U*U)
The two circuit configuration of a buck converter: On state
Vi T 8L
PEGATRON MPD
DCM and CCM boundary
In continuous mode:縱坐標即為D
In discontinuous mode:縱坐標即為
1
2L Io D2 Vi T
1
1
2
*
橫坐標 D2
1
D2 2 *橫坐標 D2
前面我們計算過,在邊界線上電流為:
IC Io Iin (High side MOS On) IC Iin (Low side MOS On)
Icrms
1 T
T 0
I
2 c
dt
1 T
DT 0
(Io
Iin )2
dt
T
I
2 in
dt
DT
1 T
(Io
Q
1
I
2 max
L
2 Vout
VRipple
Q Cout
I
2 max
L
Vout Cout
L
2 VRipple Cout
I
2 max
此為電感最大值, 注意 : 與Cout有關
PEGATRON MPD
MOS的選擇
MOS主要參數: High side MOS: Qg
2 out
RDS(on)
(1
D)
PEGATRON MPD
Snubber
高速開關會產生振鈴(Ring),這是因為開關節
點上的寄生電感和電容形成諧振回路.這種高頻
振鈴發生在Phase上升或下降階段,會影響道路的
性能和產生EMI.為了衰減振鈴,可在每個開關的
兩端增加一個串聯的RC阻尼回路.方法如下:
輸出Ripple也受其影響. Low side MOS存在Rds(on)(導通阻抗),Diode上也有Vf.這些參數會影響線路的
轉換效率 Buck線路的轉換效率實際多在80%~90%,其余多以熱量形式耗散 總體來說,雖然有些參數無法完全理想化,但對線路的影響較小,在做理論探討
時,可以忽略.
D T
Io
(Vi
Vo
)
D
T
(D
Vi
Vo Vo
2L
D)
Vo Vi
1 2L Io
1
D 2 Vi T
PEGATRON MPD
DCM and CCM boundary
右圖為CCM和DCM的分界線,可以看出,與Duty 和電流皆有關,具體推導如下:
臨界狀態時:
DT T T D 1
Channel 1:Vin waveform Channel 2:1.05Vo output waveform Channel 3:1.25Vo output waveform 動態載波形
PEGATRON MPD
Cin的選擇
輸入電容的選擇
輸入電容必須滿足開關電流造成的紋波電
流Irms的要求.
由此,我們可以看到,當橫坐標一定時,Duty和邊界線之間的關系
PEGATRON MPD
小結
前面所論述的內容都是基于如下假設: 輸出電容足夠大,輸出電壓足夠穩定 在Low side MOS或者續流Diode上不存在壓降 Buck線路不存在任何損耗,轉換效率100%
實際應用,存在如下問題: 輸出電容容值有限,這主要是Cost原因 輸出電容存在ESR(等效串聯阻抗)和ESL.這兩個參數會影響線路的轉換效率,
The simplest way to reduce a DC voltage is to use a voltage divider circuit, but voltage dividers waste energy, since they operate by bleeding off excess power as heat; also, output voltage isn't regulated (varies with input voltage). A buck converter, on the other hand, can be remarkably efficient (easily up to 95% for integrated circuits) and self-regulating, making them useful for tasks such as converting the 12-24V typical battery voltage in a laptop down to the few volts needed by the processor.
Iin )2 DT
I
2 in
(T
DT)
Buck線路中Iin D I out
I crms I o D(1 D)
輸入電容首選非鉭電容,原因是其他電容能有效抑制上電時的浪涌電流,這種 浪涌電流常見與輸入端采用機械開關或鏈接器的系統中.為了得到最佳的可靠 性和使用壽命,應選擇在RMS輸入電流作用下溫升低于10度的電容.
因此,臨界狀態下的輸出電流為:
I o lim
I L max
(D 2
)
I L max 2
Iolim
Vi Vo 2L
D T
Vo D Vi
Iolim
Vi
(1 二次函數,所有參數不變
時,Duty=0.5時,臨界電流最大:
I o limmax
L
L
(Vi - Vo ) D T - Vo (T D T ) 0
Vo D Vi
因為Duty必定小于1,這就是降壓線路的原理
PEGATRON MPD
Current discontinuous mode: