BUCK电路教学教材
Buck降压斩波电路学习教案
L
时，到达模式界限
注。意：不连续模式下变换器的特性发生显著改变，M依赖于负载，
输出阻抗上升。但是比较常用。小纹波近似不成立！
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第八页，共8页。
Buck降压(jiànɡ yā)斩波电路
会计学
1
第一页，共8页。
5.1.1 BUCK降压(jiànɡ yā)变换
器 *电容(diànróng)C ：
iL(t )
L
属于电路本
身，不属于负载 V
uL(t)
。V导通时充电， Ud
VD
iD(t )
C
V截止时放电，从 而使负载两端电
压保持平稳。
R uo(t )
uL(t) C
R uo(t )
uL (t) U d U o
BUCK变换器V导通时
第2页/共8页
第三页，共8页。
b.V截止 (jiézhǐ)时：
0 uL (t) uo (t)
uL (t) uo (t)
依据(yījù)小纹波近似：
uL (t) U o
iL(t )
L
uL(t)
C
R uo(t )
i 5.不连续(liánxù)导通模
式1：.模式(móshì)界限： L
I
电流纹波：
iL
Ud Uo 2L
T
DDT 2L
负载(fùzài)电流平均值
： I
Uo
U d
RR
负载电流平均值下
Ud UdT
R
2L
模式界限：
2L RT
用电阻表示模式界限：
Rcrit
(
)
2L T
i 降，并不影响电流
纹波，当二者相等
BUCK变换器电路分析PPT课件
目前，用高频变压器的变换电路按其工作方式可分
为五类，每类传输的功率也不相同，应用环境也稍有不
同，如下所示：
电路 类型
传输功率
第4章 BUCK变换器电路分析
1、 其效率低，损耗大，温升高；加上多路电压输出难
以实现。如图4-1所示的串联式线性稳压电源，就属此 类。
串联稳压电源主要缺点：
串联稳压电源效率举例：
当今计算机及自动化设备上大多数控制电源都向低 压大电流，高效率，重量轻、体积小的方向发展。在这 种要求面前首先得到发展的是晶体管串联式开关稳压电 源，如图4-2所示。
(三)电感电流的平均值计算：
IL I0
Uin U0 2L
ton
I L min
（四）输出电压纹波值的计算：
U 01
1 C
ton ton / 2
(U in
U0 L
t
Uin U0 2L
ton )dt
U in U 0 8LC
t
2 on
U in U 0 8LC
U (
0TS
U in
)2
U
02
U0 8CL
全桥式变换器 500W～30kW 焊机、高频感应加热，交换机等
4.2 DC/DC变换的开关电源
对于输入与输出电压不需隔离只用一个工作开关和L、D、 C组成的变换器电路最基本的为如下三种：（1）降压变 换器（buck converter）；（2）升压变换器（boost converter）；（3）降、升压变换器（buck-boost converter）。
电力电子buck课课程设计
电力电子buck课课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握电力电子Buck转换器的基本原理、工作原理和应用。
具体目标如下：1.了解电力电子Buck转换器的电路结构和工作原理。
2.掌握Buck转换器的输入、输出电压和电流的关系。
3.知道Buck转换器在不同应用场景下的性能特点。
4.能够分析Buck转换器的输入、输出电压和电流波形。
5.能够计算Buck转换器的效率和输出电压的纹波。
6.能够设计简单的Buck转换器电路。
情感态度价值观目标：1.培养学生对电力电子技术的兴趣和好奇心。
2.培养学生团队合作、动手实践的能力。
3.使学生认识到电力电子技术在现代社会中的重要性。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.Buck转换器的电路结构和工作原理。
2.Buck转换器的输入、输出电压和电流的关系。
3.Buck转换器在不同应用场景下的性能特点。
4.Buck转换器的效率和输出电压的纹波计算。
5.简单的Buck转换器电路设计。
6.引入电力电子技术的基本概念，引出Buck转换器的重要性。
7.讲解Buck转换器的电路结构和工作原理，分析输入、输出电压和电流的关系。
8.通过实例介绍Buck转换器在不同应用场景下的性能特点，如开关电源、电池管理系统等。
9.讲解Buck转换器的效率和输出电压的纹波计算方法，引导学生进行实际计算。
10.安排课堂实践环节，让学生动手搭建简单的Buck转换器电路，培养学生的实践能力。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法：1.讲授法：讲解Buck转换器的电路结构、工作原理和性能特点。
2.案例分析法：通过实际应用案例，使学生更好地理解Buck转换器的应用场景。
3.实验法：安排课堂实践环节，让学生动手搭建简单的Buck转换器电路，增强学生的实践能力。
4.讨论法：鼓励学生在课堂上提问、发表观点，促进师生互动。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将准备以下教学资源：1.教材：电力电子技术相关教材，用于引导学生学习。
BUCK电路基本原理ppt课件
编辑课件
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
编辑课件
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
编辑课件
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
编辑课件
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。
编辑课件
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
编辑课件
输出负载电流下降 从CCM-DCM
CCM CCM有最小输出负载电流要求
编辑课件
DCM
7
DCM不连续电流模式
在轻负载电流时 IAVE < ½ IRipple
BUCK变换器课程教学内容设计-5页文档资料
BUCK变换器课程教学内容设计本科教学建设与改革项目资助：面向电动车辆工程方向的自动化专业人才培养模式研究与探讨，项目编号：JX201603-1.G712；TM46（续26期）（四）三种工况分析1.临界状态临界状态时：，；临界电感为：2.电流工作状态当电感的电感量时，电流断续；当电感的电感量时，电流连续；3.电容量大小计算临界状态时：电容元件的充电电流的平均值为：；电容元件两端电压的变化量：；其中，故：如果电容电压的波动量为：，此时输出电容的最小值为：；（五）实际使用时经常出现的问题分析1.MOSFET驱动信号控制BUCK变换器的MOSFET的源极是快速二极管的阴极，因此?动电路的地与主回路的地信号必须隔离，否则将造成电路短路，具体实现方式有以下三种方式：（1）驱动电路的电源采用隔离电源方式图4 采用独立电源形式驱动电路图5 基于IR2117S的驱动电路脉冲信号经过光耦隔离以后，再经过驱动芯片以后驱动MOSFET，其中PWM3信号接到MOSFET的栅极，隔离光耦以后的地位GND3，GND3接到MOSFET 的源极，驱动芯片的电源由隔离电源U3提供，U3输入电源和输出电源的地是隔离地信号。
（2）采用具有自举功能的驱动芯片驱动采用带有自举功能的驱动芯片驱动MOSFET，该类型最典型的芯片是IR系列的驱动芯片，比如单管驱动芯片IR2117S，其典型应用电路如图5所示。
（3）采用脉冲变压器隔离驱动方式该驱动方式在论文《全控型器件驱动技术工程教学内容设计》一文中有较为详细的描述。
2.电感发热一般来说在BUCK变换器中，电感发热的原因主要有以下两种，一是线圈发热，主要是线圈的电阻产生损耗，优化措施时增大线径，如果电流信号的频率达到几十K以上，此时采用多股细铜线进行并联，比如利兹线；二是铁芯发热，应该采用高频导磁能力强和抗饱和能力强的铁芯材料。
对于大电流的情况，通常我们采用铜带或者将两个铁芯叠在一起绕制线圈，增大线圈的过流能力和抗饱和能力。
buck电路课程设计
buck电路课程设计一、教学目标本课程的目标是让学生了解和掌握Buck电路的基本原理和应用。
通过本课程的学习，学生应能理解Buck电路的工作原理，掌握其设计和应用的基本方法，并能运用所学知识解决实际问题。
1.掌握Buck电路的基本原理。
2.理解Buck电路的工作模式。
3.掌握Buck电路的设计方法。
4.能够分析Buck电路的性能。
5.能够设计简单的Buck电路。
情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和实践能力。
2.培养学生对电子技术的兴趣和热情。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括Buck电路的基本原理、工作模式、设计方法和应用。
1.Buck电路的基本原理：介绍Buck电路的基本概念、工作原理和特点。
2.Buck电路的工作模式：介绍Buck电路的连续工作模式和断续工作模式。
3.Buck电路的设计方法：介绍Buck电路的设计步骤和方法，包括电感、电容和开关的选择。
4.Buck电路的应用：介绍Buck电路在实际应用中的案例和应用方法。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法。
1.讲授法：通过教师的讲解，让学生了解和掌握Buck电路的基本原理和设计方法。
2.讨论法：通过小组讨论，让学生深入理解Buck电路的工作模式和应用。
3.案例分析法：通过分析实际案例，让学生了解Buck电路在实际应用中的效果和优点。
4.实验法：通过实验操作，让学生亲手搭建和测试Buck电路，提高学生的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用《电子技术》一书作为主要教材，介绍Buck电路的基本原理和设计方法。
2.参考书：提供《现代电子电路设计》等参考书籍，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作PPT和视频资料，生动展示Buck电路的工作原理和应用案例。
4.实验设备：准备Buck电路实验套件，让学生进行实验操作和测试。
BUCK基本知识PPT课件
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
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。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
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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）
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
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二、降压式变换电路（Buck电路）
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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滤波电容
点石电子
无软 单端 启动 输出
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
物料清单（BOM）
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
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
E t
点石U电L 子Nt
B NI(0 )
磁芯的磁通量
Effecห้องสมุดไป่ตู้ive 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
• 例题：若流过电感线圈（L=1mH）的电流波形IL如下图所
点石电子
功率开关 三极管
点石电路子板实物
续流 二极管
点石电子
功率电感
点石电子
点石电子
LED负载 在底面
测试端
PWM控制器
滤波电容
实验仪器（测试）
点石电子
直流电源 0-30V/3A 点石电子
数字示波器 观测电压点、石电电流子的波形
点石电子
滑动变阻器 调节点负石载电电子流
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
提示：牢记电感的VA特性。
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
DS1 150mA LED（2835贴片）
TL494
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
实验板和实验方法
点石电子
PCB布局图
实验方法
边焊边测，渐步验证
1、电磁感应
• 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，会产生感生电动势
提示：变压器正常工作的关键是要磁通有变化。
2、电感的伏安特性
• 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
点石B电U子CK电路点石电子
点石电子
点石电子
点石电子
点石电子
点石电子
TL494工作点测试
开关管、电感测试
点石电子
授课方式
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。
2
欠压保护
4点.9V石电子
Vcc
+-
3
E
或
点石电子
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。
6、BUCK电路举例
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
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
电感电流模式
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
I L _ max
思考：为什么电流方向不变，电压方向可变？
3、Buck变换器原理
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
LI点石电子 T
4、BUCK变换器的稳压控制原理
点石电子
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
5、PWM控制器
点石电子
点石电子
点石电开子关管驱动
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。
点石电子
点石电子
点石电子
Uref Usam
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
TL494的控制逻辑
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
+-
PWM比较器
PWM控点制石电器子
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）
TL494内部结构
f osc
1.1 RT CT