BUCK-电源工作原理
buck型dcdc工作原理
buck型dcdc工作原理
Buck型DC-DC转换器是一种常见的电源转换器，用于将输入电压转换为较低的输出电压。
它的工作原理是基于开关电源的工作原理，通过快速开关和关闭电路中的开关管，来控制电能的流动和转换。
Buck型DC-DC转换器的核心组件是电感、开关管、电容和控制电路。
当输入电压通过电感流过开关管时，开关管会周期性地打开和关闭，这样就可以控制电能的流动。
当开关管关闭时，电感中的电流会继续流动，产生一个反向电压，将电能储存起来。
当开关管打开时，电感中的储存能量会释放出来，通过电容器和负载器件输出为较低的电压。
在工作过程中，控制电路会监测输出电压，并根据需要调整开关管的开关频率和占空比，以保持输出电压稳定。
通过调整开关频率和占空比，可以控制电能的流动速度和转换效率，从而实现电压降低的功能。
Buck型DC-DC转换器具有高效率、稳定性好、体积小等优点，广泛应用于电子设备中。
例如，手机充电器就是一种常见的Buck型DC-DC转换器，它可以将市电的高电压转换为手机需要的低电压。
总的来说，Buck型DC-DC转换器通过控制开关管的开关频率和占空比，将输入电压转换为较低的输出电压。
它的工作原理简单、高效，使得电能的转换更加稳定和可靠。
通过这种方式，Buck型DC-
DC转换器在电子设备中发挥着重要的作用。
buck电路原理
buck电路原理Buck电路是一种电子电路，用于将输入电压降低到较低的输出电压。
它是直流-直流（DC-DC）转换器的一种常见类型，常用于电源管理和电气控制系统中。
Buck电路主要由以下几个部分组成：1. 输入电源：提供输入电压给电路。
输入电压可以是不稳定的直流电源或交流电源经过整流和滤波后的直流电压。
2. 输入滤波器：该组件对输入电压进行滤波，以去除可能存在的高频扰动和噪声。
它通常由电感和电容组成。
3. 开关管：开关管是Buck电路的关键组件，用于控制电路的输出电压。
开关管可以是MOSFET或BJT。
通过调整开关管的导通和截止时间来控制输出电压。
4. 开关管驱动电路：开关管驱动电路是用于控制开关管导通和截止的关键组件。
它通过接收输入信号，产生适当的脉冲信号来驱动开关管。
5. 输出滤波器：输出滤波器用于对输出电压进行滤波，以去除可能存在的高频噪声和纹波。
它通常由电感和电容组成。
6. 负载：负载是连接到Buck电路的设备或电路，它消耗输出电压。
Buck电路的工作原理如下：1. 输入电压通过输入滤波器进入电路。
2. 开关管驱动电路接收输入信号，产生适当的脉冲信号以驱动开关管。
3. 开关管根据脉冲信号的控制，周期性地打开和关闭。
当开关管导通时，输入电流流经电感和负载，产生储能；当开关管截止时，这些储能被释放，使输出电压降低。
4. 输出电压经过输出滤波器，去除可能的高频噪声和纹波，然后送往负载。
Buck电路通过适当的控制开关管的导通时间和截止时间，可以实现输出电压的稳定调节。
此外，Buck电路还可以通过增加电感和电容的数量来提高输出电压的稳定性和纹波抑制能力。
总之，Buck电路通过开关管的周期性开关来实现将输入电压降低为较低的输出电压的功能。
它在许多应用中广泛使用，如电子设备、通信系统和电源管理系统中。
BUCK-电源工作原理(共53张)
Vo=Vin *D Is
根据L在1-D时间的基本方程：
L*ΔIo=Vo *(1-D)T
ΔIo=Vo *(1-D)T/L
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Buck电路工作原理(yuánlǐ)分析
•.
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Buck电路工作(gōngzuò)原理分析
• 电感电流： （开关管 ON）
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• Buck电路特点:
• 效率高, 可靠性好
• 工作频率高, 使电路中电压/电流波形的快瞬变化, 产生 电磁幅射干扰.
• 元件布局(bùjú)和PCB布线难度较大. • 输出电压纹波比较大.
• 电路复杂, 成本高.
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线性电源(diànyuán)
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• 因下管作续流管用，所以要求其体二极管的反向恢 复电荷小，栅极电阻小，用开关特性好等。
• 为一避免上下管同时导通，要求两管的驱动信号 (xìnhào)间须留有一死区时间，在死区时间内，电流从 下管的体二极管内流过，增加了损耗。
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同步(tóngbù)整流电路特点：
• 进一步减小输出负载，此时并不需要很大的电感电流维 持输出功率，电感开始减小，占空比也减小，而电感也 在开关管下次导通之前电流降为零。电路进入 DCM 模 式，在此模式下，占空比随着负载变化而变化。
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Buck电路工作原理(yuánlǐ)分析
• 模式间转换过程：
•
Io=3.0A Fs=300KHz
• 根据前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5
buck电路工作原理
buck电路工作原理
Buck电路是一种降压转换器，也被称为降压稳压器。
它的工
作原理基于电感元件和开关元件的工作原理。
当输入电源通过开关元件（如MOSFET）发送电流时，电感
元件（如电感线圈）会储存一部分电能。
然后，开关元件被关闭，断开输入电源。
此时，储存在电感元件中的电能会被释放，形成一个电感峰值电流。
当开关元件再次打开时，电感元件会继续储存电能，并确保输出负载获得稳定电压。
通过控制开关元件的开启和关闭时间比例（占空比），可以调整输出电压的大小。
通过这种方式，Buck电路能够将高电压的输入信号经过降压
转换成稳定的较低电压输出信号。
这种电路常用于各种电子设备中，如电源适配器、电动车充电器等，以提供稳定的电压给各种负载使用。
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电路工作原理分析
BUCK电路工作原理分析
在工作时，BUCK电路通过周期性地开关和关闭开关来实现降压。
当
开关（MOSFET或BJT）处于闭合状态时，电感L会存储能量，同时保持电
流稳定。
此时负载电流通过电感流过，并且电容起到平滑输出电压的作用。
当开关闭合后，电感L短路，造成通过电感的电流急剧上升。
由于其
自感性质，电感L会阻碍电流的急剧变化，并产生一个反向自感电动势。
这个电动势使得电感两端的电压降低，导致开关附近的电压下降。
随后，开关断开，使电感L开始工作。
自感电动势的作用下，电感L
试图保持电流不变，并使电流通过负载电阻RL。
负载电流通过负载电阻RL，同时也通过电容C来平滑电压，这样就实现了稳定的输出电压。
BUCK电路的输出电压可以通过调节开关的占空比来控制。
占空比是
开关打开时间和一个开关周期时间之间的比例。
当占空比增加时，开关会
更长时间地打开，导致电感L存储更多的能量，进而增加输出电压。
相反，当占空比减小时，输出电压随之降低。
需要注意的是，BUCK电路的能量转换过程并不是100%有效的。
部分
能量会以热量的形式损失在开关和电感元件中，所以BUCK电路的效率并
不会达到100%。
因此，在实际应用中需要考虑能量损失和热量管理问题，以确保电路的正常运行。
总结起来，BUCK电路通过周期性的开关和断开来实现降压，通过自
感电压变化来稳定输出电压。
通过调节开关的占空比，可以灵活地控制输
出电压。
然而，电路效率受到能量损失的影响，因此在设计中需要综合考
虑电路的效率和热量管理问题。
BUCK电路基本原理
3.两种工作模式
依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 电感的电流总是由正方向流淌 电流不会降到0 PWM把握,恒定开关频率原理
开关管导通,电感谢磁,电流线性上升
LdiL dt
Vin
Vo
Ipk(VinLVSfo)D
开关管关断,电感去磁, 电流线性
下降
L diL dt
Vo
Vo = D Vin
Ipk
Vo(1D) LfS
伏秒值平衡: Vt =恒定 toff: 去磁
ton: 激磁 B
Vo toff = (Vin – Vo) ton
输出负载电流下降 从CCM-DCM
CCM CCM有最小输出负载电流要求
DCM
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 流淌，输出由电容供给,纹波 大. 开关频率及输出电压和负载电 流相关
BUCK电路根本原理及工作方 式分析
1.BUCK电路根本拓扑
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。
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
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•.
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• 应用电路：
53
26
上管驱动原理： •．
27
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• 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。
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• 稳压原理：
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• 限流检测(限流）：
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• 电流检测（通道平衡）：
35
主板电源类型：
•.
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• 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。
boost和buck电路的工作原理
boost和buck电路的工作原理Boost和Buck电路的工作原理引言：在电子领域中，Boost和Buck电路是两种常见的升压和降压电路。
它们在直流电源系统中起着重要的作用，能够将电压转换为所需的电压级别，以满足各种电子设备的需求。
本文将详细介绍Boost和Buck电路的工作原理以及它们的应用。
一、Boost电路的工作原理Boost电路是一种升压转换器，能够将输入电压升高到输出电压。
其基本工作原理是利用能量储存元件（如电感）和开关元件（如开关管）来实现电压的升高。
具体的工作过程如下：1. 输入电压阶段：当输入电压施加到电路中时，电流流过电感，同时开关管处于关闭状态。
此时，电感储存了电流的能量。
2. 开关电压阶段：当开关管打开时，电流通过开关管流入电感，电感储存的能量逐渐增加。
在此阶段，输出电压较低。
3. 关断电压阶段：当开关管关闭时，电感的能量开始释放。
由于电感反向作用，电流继续流动，但此时电流的路径变为输出电压负载。
因此，输出电压得到了升高。
通过不断重复上述三个阶段，Boost电路可以将输入电压升高到所需的输出电压。
二、Buck电路的工作原理Buck电路是一种降压转换器，能够将输入电压降低到输出电压。
其工作原理与Boost电路相反，具体如下：1. 输入电压阶段：当输入电压施加到电路中时，电流流过电感，同时开关管处于关闭状态。
此时，电感储存了电流的能量。
2. 开关电压阶段：当开关管打开时，电感释放储存的能量，电流通过电感和开关管流动。
在此阶段，输出电压较高。
3. 关断电压阶段：当开关管关闭时，电感的能量逐渐减小，同时输出电压也随之降低。
通过不断重复上述三个阶段，Buck电路可以将输入电压降低到所需的输出电压。
三、Boost和Buck电路的应用Boost和Buck电路具有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：1. 电源管理：Boost和Buck电路在电源管理中起着重要的作用，可以将电池电压升高或降低到适合电子设备的工作电压。
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2018/7/26
同步整流电路特点：
在稳态时，电感电流上升和下降的变化量是相等 的，但上下管导通时间不同，两管的电流有效值 也不同，导通时间越长，电流有效值大，管子发 热也大。 根据上图计算上下管的电流有效值： Irmsup/Irmsdn=sqrt( D/(1-D)) Vcore=Vin*D=>D=Vcore/Vin=1.6/12=0.133
2018/7/26
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• LDO 电路: Low Drop Out
• • • • • • • 右图时LDO电路原理图 使用时注意以下几点： V0=Vref*(R1+R2)/R2 Io<Ispec. Vin-Vo> spec.规定值 发热问题同线性电路 但效率较高
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• .
2018/7/26
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两种电路比较： .
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• 同步电路应用实例：
2018/7/26
• 同步整流电路特点： • 同步整流电路用下MOS管代替开关换器的续流二 极管，其导通电阻小，大大降低了整流损耗，提 高了电源效率。 • 因下管作续流管用，所以要求其体二极管的反向 恢复电荷小，栅极电阻小，用开关特性好等。 • 为一避免上下管同时导通，要求两管的驱动信号 间须留有一死区时间，在死区时间内，电流从下 管的体二极管内流过，增加了损耗。
2018/7/26
Is
Buck电路工作原理分析 • .
2018/7/26
Buck电路工作原理分析
• 电感电流： （开关管 ON）
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Delta ILon= (Vin-Vo)*Ton/L
Buck电路工作原理分析
• 电感电流： （开关管 OFF）
•
2018/7/26
Delta ILoff= Vo*Toff/L
Buck电路工作原理分析：
2018/7/26
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2018/7/26
Buck电路工作原理分析：
D
L
Vo
Io S D
T
1-D
Vin
S
Vin-Vo UL
-Vo
根据L的伏秒平衡原则： (Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T
IL
I o
Io
Vo=Vin *D
根据L在1-D时间的基本方程： L*ΔIo=Vo *(1-D)T ΔIo=Vo *(1-D)T/L
线性电源
• 线性电源特点： • 电路简单，不会产生干扰，输出纹波小， • 调整管工作在放大状态，功耗大，效率低， 发热量大，降低了元件的可靠性， • 因此线性适合用于输入/输出压差小，电流 小的场合。
2018/7/26
线性电源： OP + MOS 形式 .
2018/7/26
线性电源
• 注意事项： • Vo = 2.5*R585/(R584+R585) • ID > Iomax • PD > (Vin-Vo)*Iomax • Vg > Vo + Vgs
• 保证漏源极间的压差使MOS管工作在放大状态: • 当输出为静态负载时，可在 IC 一二脚间并联一小电容， 减小输出纹波； • 动态负载时则不需此电容，以提高电路的动态响态速度。
2018/7/26
• MOS管的工作状态：
iD
vDS /V
2018/7/26
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• 线性电源
2018/7/26
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• 求复合管的输出电压： • 根据上图得NPN管的Vb= R235/(r234+R235)=2.2V • 则 Vo=2.2V-0.7V=1.5V • 分析此问题时，忽略了Ib的影响，因此在确 定电路参数时，使IR 235>> Ib, 在输出负载 变化引起Ib 变化时,使 Vb 不受太大影响,保 证输出电压的稳定。
Buck电路工作原理分析
• 电感电流：
2018/7/26
Buck电路工作原理分析 • 输出电容的电流波形：
• 电感电流： • 输出电容电流： • 要选择工作纹波电流大，ESR小的输出电容，为 降低输出纹波电压，可用多个小容量的电容并联 使用。
2018/7/26
Buck电路工作原理分析
• 根据负载大小变化，BUCK 电源工作在 CCM 与 DCM 两种状态。 • CCM: Continuous Current Mode • DCM: Discontinuous Current Mode • 在CCM 模式，电感电流在整个周期内都时连续的， Po=1/2*L*(IL12-IL22) • 在 DCM 模式，一个周期内，有段时间电感电流 为零。 Po=1/2*L*IL2=V02/R • IL=sqrt(2*Vo2/LR)
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CPU 电源解析： .
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主变换电路：
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电路分析：
• 当电路中上管导通时，源极电压等于电源 输入电压，因此驱动管的栅极电压 =Vin+Vgs, IC 不能直接驱动，IC 内部将上 管的驱动路采用浮地的方式，外接自举电 容组成偏置电路来驱动上管。
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•=
两种模式下的工作电流波形：
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Buck电路工作原理分析
电感电流波形： CCM
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Buck电路工作原理分析 电感电流波形：分析
• 由上可知，电感电流由直流（Io）和纹波电流 （ ）两部分组成； • 在CCM 模式，电感电流随负载电流变化，但纹波 分量并不改变，由此可以看出负载变化时占空比 不变。 • 当负载减小到使电感电流从刚好零开始时，此为 CCM与DCM 转换的临界状态。 • 进一步减小输出负载，此时并不需要很大的电感 电流维持输出功率，电感开始减小，占空比也减 小，而电感也在开关管下次导通之前电流降为零。 电路进入 DCM 模式，在此模式下，占空比随着负 载变化而变化。
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上管驱动原理：
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• MOS管的驱动电路：
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控制部分： • .
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PWM 调制原理 • .
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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。
2018/7/26
• 此外，为提高电源工作的可靠性，还需有 UVP，OVP，OCP等功能，这此功能都集 成到芯片内部。
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应用实例
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• 输出电压 Vo: • IC内部集成了一个有关0.9V 基准电压的误 差放大器, 所以: • Vo=0.9*(R497+R501)/R501=2.5V
代入上式：Irmsup/Irmsdn=sqrt(0.133/(1-0.133))=0.4
Irmsdn=2.5Irmsup 所以下管必须用电流容量更大的管或双管并联。
2018/7/26
• 避免双管同时导通：
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多相变换器 • .
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• 多相变换器做优点： • 将变换器产生的热量分布在各相电路上，而且散 热面积大，不用散热片。 • 各相电流叠加后纹波减小，降低了输出电压纹波 幅度，减少了输出电容的数量。 • 减小了单相大电流时多管并联的设计难度和对磁 芯的要求。 • 降低了各相变换器的工作频率，减小元件分布参 数的影响及干扰。
2018/7/26
Buck电路工作原理分析
• 模式间转换过程：
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DCM 模式，电感电压不为零？
2018/7/26
Buck电路工作原理分析
• 模式间转换过程：
2018/7/26
同步整流电路分析 • 非同步整流电路结构简单，容易驱动，但 因作为续流的肖特基二极管管压降大，功 率损耗较大，导致整个电源效率降低，所 以一般用在输出电压较高，输出电流较小 的场合；而对于用在低电压，大电流的场 合，如 CPU 的供电电源则需用同步整流电 路。
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• 应用电路：
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• 稳压原理：
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• 限流检测(限流）：
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• 电流检测（通道平衡）：
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主板电源类型：
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• 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。
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• 根据以下条件计算相关参数： • 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 • =4.7uH
2018/7/26
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