恒定导通时间电流模式控制buck电路小信号分析
buck电路原理
Buck电路原理1. 引言Buck电路是一种常见的降压转换器，广泛应用于电子设备和电源系统中。
本文将介绍Buck电路的工作原理、主要组成部分以及性能指标，帮助读者深入了解和应用这种电路。
2. Buck电路工作原理Buck电路是一种降压转换器，通过控制开关管的导通时间来降低输入电压，并在输出端获得所需的较低电压。
其工作原理如下：1.当开关管导通时，电感储能的电流增加，储能于电感中。
2.当开关管关闭时，电感储能的电流减小，电感释放储能，产生电感反电动势，使输出电压增加。
3.控制开关管导通和关闭的占空比决定了输出电压的大小。
3. Buck电路组成部分3.1 输入电源Buck电路的输入电源可以是直流电源或交流电源。
在直流电源情况下，输入电压稳定，常用于稳压降压电源。
在交流电源情况下，需要通过整流电路将交流电压转换为直流电压，然后输入至Buck电路。
3.2 开关管开关管是Buck电路的核心部分，用于控制输入电压的导通和断开。
常见的开关管有晶体管和MOSFET。
在导通状态下，开关管将电压传递至电感储能；在断开状态下，开关管将电感的储能释放到输出电路。
3.3 电感电感是Buck电路中重要的能量储存器，通过储存能量实现电压转换。
电感的选择和参数设计取决于输入电压范围、输出电流需求和工作频率等因素。
3.4 输出电路输出电路用于连接负载，并向负载提供所需的降压稳定电压。
输出电路通常包括输出电容和负载。
3.5 控制电路控制电路用于控制开关管的导通和断开，以实现稳定的降压转换功能。
常见的控制方式有脉宽调制（PWM）和电压模式控制（VMC）。
4. Buck电路性能指标4.1 转换效率转换效率是衡量Buck电路性能的重要指标，定义为输出功率和输入功率之比。
高转换效率意味着更少的能量损耗，能够提供更为稳定和高效的电源。
4.2 输出纹波输出纹波是输出电压在稳定状态下的波动情况。
输出纹波越小，表示电路的稳定性越好，能够提供更为纯净的电源。
Buck电路小信号分析
B u c k电路小信号分析 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】1. B u c k 电路小信号线性化交流模型为：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=-=+-=)(~)(~)(~)(~)(~)(~)(~)(~)(~)(~o o o t d I t i D t i R t u t i dt t u d C t d V t u t u D dt t i d L L L in L in in L（1-1）2. Buck 电路小信号交流模型等效电路图2-1Buck 电路小信号交流模型等效电路 3. 传递函数()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++=++===112020s R L LCs V s d s v s R L LCs D s v s v g s v o s d g o g （3-1）谐振频率Hz LC f 3.503210==π --------徐德鸿.电力电子系统建模及控制.机械工业出版社，2005.4. 主电路参数设计（1）输入直流电压in V ：100V（2）输出电压o V ：50V ， 纹波系数：00001≤δ（3）占空比：5.0o ==inV V D （4）负载：Ω=10R（5）功率：W R V P 2502o == （6）开关频率：kHz f s 10=（7）开关管由于是小功率DC-DC 变换器，所以选用功率MOSFET 作为开关器件，MOSFET 的型号选择IRF250（V U DS 200=,A I D 30=,()Ω=085.0on DS R )。
（8）电感电感的大小决定了开关电源主回路处于CCM 还是DCM 模式，由Buck 电路工作于电感电流连续状态下的条件：21D RT L S -≥（4-1） 得：S RT D L 21-≥ （4-2）所以mH L 25.0≥,取mH L 1=（9）电容电容的作用是保持恒定的输出电压，可根据允许的输出电压纹波值来选择电 容的大小：所以F C μ5.62=，取F C μ100=--------[1]裴云庆，杨旭，王兆安.开关稳压电源的设计和应用[M].机械工业出版社，2010.[2]英飞凌公司.IRF250数据手册.[3]巩鲁洪,曹文思.基于BUCK 变换器的建模与设计[J].科学之友,2008.5. 扰动信号占空比扰动：)2sin()(~t f d t d sd π=其中： 005.05.01001=⨯≤d kHz kHz f sd 110101=⨯≤输入电压扰动：)2sin()(~t f u t u su in π=其中： V V u 5.0501001=⨯≤kHz kHz f sd 110101=⨯≤负载扰动：)2sin()(~t f i t i si o π=其中： A A I 05.051001=⨯≤kHz kHz f sd 110101=⨯≤6. 仿真因素电路与小信号模型对比输入电压小扰动)(~t u in占空比小扰动)(~t d →输出电压)(~o t u 纹波等稳态性能负载小扰动7. 仿真结果分析电路与小信号模型对比，模型是否精确？加各种扰动，对输出电压的影响？。
buck小信号分析
开关电源（Buck电路）的小信号模型及环路设计摘要：建立了Buck电路在连续电流模式下的小信号数学模型，并根据稳定性原则分析了电压模式和电流模式控制下的环路设计问题。
关键词：开关电源；小信号模型；电压模式控制；电流模式控制0 引言设计一个具有良好动态和静态性能的开关电源时，控制环路的设计是很重要的一个部分。
而环路的设计与主电路的拓扑和参数有极大关系。
为了进行稳定性分析，有必要建立开关电源完整的小信号数学模型。
在频域模型下，波特图提供了一种简单方便的工程分析方法，可用来进行环路增益的计算和稳定性分析。
由于开关电源本质上是一个非线性的控制对象，因此，用解析的办法建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型，而用该模型来解释大范围的扰动（例如启动过程和负载剧烈变化过程）并不完全准确。
好在开关电源一般工作在稳态，实践表明，依据小信号扰动模型设计出的控制电路，配合软启动电路、限流电路、钳位电路和其他辅助部分后，完全能使开关电源的性能满足要求。
开关电源一般采用Buck电路，工作在定频PWM控制方式，本文以此为基础进行分析。
采用其他拓扑的开关电源分析方法类似。
1 Buck电路电感电流连续时的小信号模型图1为典型的Buck电路，为了简化分析，假定功率开关管S和D1为理想开关，滤波电感L为理想电感（电阻为0），电路工作在连续电流模式（CCM）下。
R e为滤波电容C的等效串联电阻，R o为负载电阻。
各状态变量的正方向定义如图1中所示。
图1 典型Buck电路S导通时，对电感列状态方程有L=U in－U o （1）S断开，D1续流导通时，状态方程变为L=－U o （2）占空比为D时，一个开关周期过程中，式（1）及式（2）分别持续了DT s和（1－D）T s的时间（T s为开关周期），因此，一个周期内电感的平均状态方程为L=D(U in－U o)＋(1－D)(－U o)=DU in－U o（3）稳态时，=0，则DU in=U o。
BUCK变换器轻载时三种工作模式原理及应用
BUCK变换器轻载时三种工作模式原理及应用BUCK 变换器是一种常见的 DC-DC 变换器，用于将一个较高电压的直流输入 voltage 输入转换成一个较低电压的直流输出 voltage 输出。
在轻载条件下，Buck 变换器可以采用三种不同的工作模式，即连续导通模式（Continuous Conduction Mode，简称 CCM）、脉冲调制模式（Pulse Width Modulation，简称 PWM）以及脉冲频率调制模式（Frequency Modulation，简称 FM）。
下面将详细介绍这三种工作模式的原理及应用。
1.连续导通模式（CCM）：在连续导通模式下，Buck 变换器的开关管（开关管处于导通状态）一直处于导通状态，当负载电流小于或等于开关管的平均电流时，该模式适用。
在这种模式下，输出电压是由输出电感上的电流波形形状决定的。
当负载电流较小时，电感上的电流波形会连续地流过开关管，在每个开关周期开始时，电感电流从零电流重新开始增加，然后继续增加直到达到峰值电流，随后开始减小，最后回到零电流。
因此，在连续导通模式下，开关管的在每个开关周期中被连续地开启和关闭。
在应用方面，连续导通模式的Buck 变换器常用于对输出电压精确度要求较高的场合，例如高性能的电子设备、精密仪器等。
2.脉冲调制模式（PWM）：脉冲调制模式是一种开关时间控制模式，适用于轻载和中载条件。
在脉冲调制模式下，开关管的导通时间由控制电路根据负载和输入条件来决定。
随着输出电压的变化，控制电路会调整导通时间，以使输出电压保持在所需的目标值。
在每个开关周期内，开关管的导通时间和断开时间是固定的。
在应用方面，脉冲调制模式的Buck 变换器广泛用于电力转换系统、汽车电子设备等领域。
3.脉冲频率调制模式（FM）：脉冲频率调制模式是一种工作频率控制模式，在负载变化较大的情况下，能保持稳定的输出电压。
这种模式下，开关管的导通时间保持不变，而开关频率会根据负载需求进行调整。
Buck电路工作原理详解
Buck电路工作原理详解1、BUCK电路的工作原理分析，目录： 1. BUCK电路的电路图2. BUCK电路的工作原理3. Buck电路的三种工作模式： CCM、BCM、DCM 4. BUCK电路周边参数和系统工作模式的关系5. BUCK电路模拟验证，电源解决方案备用电路的原理分析，另一方面又称为备用电路的电路图、备用电路、降压电路，其基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压。
输入电流是波动的，输出电流是连续的。
另外，图1，bucket电路的原理分析，2，bucket电路的工作原理，1，基本工作原理分析开关管Q1被驱动到高电平后，开关管导通，储藏电感L1被磁化，电感中流过的电流直线性增加，同时对电容器C1。
2、进行充电，对负载R1 等效电路是图2、图2、返回页6、l、n、bucket电路的原理分析、2、bucket电路的工作原理、1、基本工作原理分析开关管Q1被驱动到低电平时，开关管截止，存储电感L1由回流二极管放电，电感L1 输出电压由输出滤波电容器C1放电，并维持减少的电感电流，等效电路由图3、图3、Return T o Page 6、bucket电路的原理分析、三、bucket电路三种动作模式：CCM、BCM、DCM、1、CCM模式：主要的原稿波形Return To Page 7、bucket电路的原理分析、三、bucket电路三种工作模式：CCM、BCM、DCM 1、CCM模式：开关管Q1。
3、导通时，KVL法则：q管导通时间，因此t是工作周期，d是占空比：开关管同样地，KVL的法则：伏特积平衡、bucket电路原理解析、1、CCM模式：3、bucket电路三种工作模式： CCM、BCM、DCM、bucket电路原理解析三、bucket电路三种工作模式： CCM、BCM、DCM、2 BCM模式：点的原始波形参照图5、图5、bucket 电路的原理分析、三、bucket电路三种工作模式：CCM、BCM、DCM、2、BCM模式：图4和图5的电感电流的波形，电感最小电流逐渐为零伏秒积平衡：同样，以一个周期进行分析，bucket电路的原理分析，3，bucket电路三种工作模式： CCM、BC。
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变换器工作原理分析和总结
题目： Buck变换器工作原理分析与总结目录一、关于Buck变换器的简单介绍 (2)1、Buck变换器另外三种叫法 (2)2、Buck变换器工作原理结构图 (2)二、Buck变换器工作原理分析 (3)1、Buck变换器工作过程分析 (3)2、Buck变换器反馈环路分析 (4)3、Buck变换器的两种工作模式 (4)1）Buck变换器的CCM工作模式 (5)2）Buck变换器的DCM工作模式 (6)3）Buck变换器CCM模式和DCM模式的临界条件 (7)4）两种模式的特点 (8)4、Buck变换器电感的选择 (8)5、Buck变换器输出电容的选择和纹波电压 (9)三、Buck变换器工作原理总结 (10)Buck 变换器工作原理分析与总结一、关于Buck 变换器的简单介绍1、Buck 变换器另外三种叫法1. 降压变换器：输出电压小于输入电压。
2. 串联开关稳压电源：单刀双掷开关（晶体管）串联于输入与输出之间。
3. 三端开关型降压稳压电源：1) 输入与输出的一根线是公用的。
2) 输出电压小于输入电压。
2、Buck 变换器工作原理结构图GabcWMV Gd图1. Buck 变换器的基本原理图由上图可知，Buck 变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。
而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier ，E/A ），脉宽调制器（Pulse Width Modulation ，PWM ）和驱动电路。
二、Buck 变换器工作原理分析1、Buck 变换器工作过程分析图2. Buck 变换器的工作过程为了便于对Buck 变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：1) 开关元件M1和二极管D1都是理想元件。
它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；2) 电容和电感同样是理想元件。
电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。
buck电路工作模式判断依据
一、概述（介绍buck电路的作用和重要性）二、buck电路工作模式概述1. buck电路的基本构成（介绍buck电路的基本组成部分，如MOSFET、电感、二极管等） 2. buck电路的工作原理（说明buck电路是一种降压稳压电路，通过开关调制实现输出电压的调节）三、buck电路的三种工作模式1. 连续导通模式（Continuous Conduction Mode, CCM）（介绍CCM模式下电感电流的工作情况）2. 断续导通模式（Discontinuous Conduction Mode, DCM）（介绍DCM模式下电感电流的工作情况）3. 临界导通模式（Critical Conduction Mode, CrCM）（介绍CrCM模式下电感电流的工作情况）四、判断buck电路工作模式的依据1. 输入电压和输出电压的关系（说明输入电压和输出电压的关系如何影响buck电路的工作模式） 2. 输出电流和电感电流的关系（说明输出电流和电感电流的关系如何影响buck电路的工作模式）3. 控制开关的导通时间（说明控制开关的导通时间如何影响buck电路的工作模式）五、结论（总结buck电路工作模式判断的依据，指出不同工作模式下buck 电路的特点）六、参考文献（列出本文涉及到的相关文献和资料）第三部分：buck电路的三种工作模式2. 断续导通模式（Discontinuous Conduction Mode, DCM）在断续导通模式下，电感电流在每个输入电压周期内都会降为零。
这意味着输出电压处于低压状态时，电感电流会在部分电压周期内为零。
当输出电压减小，电感电流会在较短的时间内达到零值。
与连续导通模式相比，断续导通模式通常在电感电流和开关管电流之间产生更高的峰值。
3. 临界导通模式（Critical Conduction Mode, CrCM）在临界导通模式下，电感电流的波形将具有连续和断续导通模式的特性。
当输出电压降低时，电感电流和开关管电流之间的相对关系会发生变化。
BUCK电路学习笔记
Buck电路学习笔记Buck电路基本框图：图1.1Buck电路的控制方式：（1）：脉冲调制型：保持开关周期T不变，调节开关导通时刻ton，（PWM: Pulse Width Modulation）最常用，最容易实现（2）：频率调制（调频型）：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T.（3）：混合调制：同时改变ton 和T，使得占空比ton/T发生改变。
Buck电路基本工作方式MOS管Q和直流输入电压Vdc串联,通过Q的硬开通和硬关断，在VD处形成方波电压。
采用恒频控制方式，占空比可调,Q导通时间为TON。
A:Q导通时，VD点电压也应为直流输入电压Vdc（设Q导通，压降为0），电流流经串接电感L，流出输出端。
此时电感储能，并向电容C充电。
等效模型如下图：图1.2B:Q关断时，电感L产生反电动势，使得VD点电压，迅速下降到0，便变为负值直至二极管D（因其续流作用而被称为“续流二极管”）被导通，并钳位于-0.8V。
通过二极管续流，释放能量，电容C向负载供电。
等效模型如下图：图1.3Buck电路波形分析：图1.4 Buck电路工作波形图图1.4（ａ）为MOSFET 的PWM 驱动波形PWM ，占空比可调。
当Q 导通时，VD 点电压也应为直流输入电压Vdc （设Q 导通，压降为0），当Q 关断时，电感L 产生反电动势，使得VD 点电压，迅速下降到0，便变为负值直至二极管D 被导通，并钳位于-0.8V 。
此时假设二极管的导通压降为0V ，则VD 的波形如图（b ）所示。
当Q 导通时，VD 点电压直流输入电压Vdc ，由于VO 电压低于Vdc ，电感L 承受的电压为（Vdc-VO ），因为Vdc,VO 电压均为恒定值，所以电感两端的电压保持恒定，因此流经电感的电流线性上升其斜率为=∆∆t /I L Vo /)(Vdc -,L 为电感量，此时电感内部的电流变化如图1.4（e ）所示的上升斜坡，而MOSFET 内部的电流如图1.4（c ）所示。
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。
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描
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果
[1].Greg Dittmer. "Direct Efficient DC/DC Conversion of 100V Inputs for Telecom/Automotive Supplies". Linear Technology. Design Note 398.
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LTC3812 datasheet.
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