Buck电路工作原理详解
BUCK电路工作原理分析
BUCK电路工作原理分析首先介绍BUCK电路的基本组成部分。
BUCK电路由一个开关元件（一般为MOSFET）和一个电感组成。
开关元件用来开关输入电源和电感之间的连接，以控制输出电压的平均值。
电感是储能元件，在开关元件导通期间，通过电流源向电感储存能量；在开关元件截断期间，储存在电感中的能量通过二极管和负载传输到输出端。
BUCK电路的工作周期分为两个阶段：导通阶段和截断阶段。
在导通阶段，开关元件导通，输入电压通过电感和开关元件传递到负载，同时电感储存能量。
在截断阶段，开关元件截断，输入电压被限制在电感和负载之间，储存在电感中的能量则通过二极管和负载传输到输出端。
接下来详细分析BUCK电路的工作过程。
在导通阶段，开关元件导通，电感上的电流线性增大。
根据基尔霍夫电压定律，电感的电压降等于输入电压与输出电压之差，即Vi-Vo。
此时，电感积累的能量与电流和时间的乘积成正比，即E=(1/2)*L*i^2，其中L为电感的电感值，i为通过电感的电流。
由于电流增大连续的速率相同，可以得到E与i成正比。
在截断阶段，开关元件截断，电感储存的能量被传输到输出端。
此时，电感上的电流开始减小。
根据基尔霍夫电压定律，电感的电压降等于输出电压与负载间的电压降，即Vo。
上述能量传输的过程实际上可以看作是电感的电能转换为输出电压的能量转移。
BUCK电路的输出电压与输入电压之比由两个决定因素来控制：占空比和电感的值。
占空比是指开关元件导通时间与一个工作周期的比值。
占空比越小，输出电压越小。
而电感的值越大，输出电压也就越大。
通过合理选择这两个参数的组合，可以实现不同的输出电压。
此外，由于BUCK电路的开关频率相对较高，通常在几十kHz至数百kHz范围内，也就意味着它不会引入明显的视觉闪烁或噪音。
同时，由于BUCK电路的输入端接近恒流源，输出端接近恒压源，因此具有较好的抗扰动能力。
综上所述，BUCK电路基于开关原理和电感储能原理，通过控制开关元件的导通和截断，实现输入电压的降压功能。
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。
降压式变换电路（Buck电路）原理详解
降压式变换电路（Buck电路）原理详解⼀、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电路输出电压公式推理
buck电路输出电压公式推理Buck电路输出电压公式推理。
一、Buck电路基本结构。
Buck电路（降压变换器）主要由输入电源V_in、开关管（通常为MOSFET）、二极管、电感L、电容C和负载电阻R组成。
当开关管导通时，二极管反向截止，输入电源向电感充电，电感电流线性上升，此时电感储存能量；当开关管截止时，二极管正向导通，电感释放能量给负载和电容充电。
二、工作原理分析。
1. 开关管导通阶段（t_on）- 设开关管导通时间为t_on，在这个阶段，电感电压V_L = V_in-V_out（根据基尔霍夫电压定律，电感两端电压等于输入电压减去输出电压）。
- 由于电感电压和电流的关系为V_L = L(di)/(dt)，在导通阶段电感电流的变化率为(di)/(dt)=frac{V_in - V_out}{L}。
- 假设电感初始电流为I_L0，那么在导通结束时电感电流I_L1=I_L0+frac{(V_in-V_out)t_on}{L}。
2. 开关管截止阶段（t_off）- 设开关管截止时间为t_off，在这个阶段，电感电压V_L=-V_out（此时电感通过二极管向负载和电容放电）。
- 电感电流的变化率为(di)/(dt)=-frac{V_out}{L}。
- 在截止结束时电感电流I_L2=I_L1-frac{V_outt_off}{L}。
- 由于在稳态情况下，电感电流在一个周期开始和结束时相等，即I_L0 =I_L2。
- 将前面的表达式代入可得：I_L0=I_L0+frac{(V_in-V_out)t_on}{L}-frac{V_outt_off}{L}。
- 化简可得：(V_in-V_out)t_on=V_outt_off。
三、输出电压公式推导。
1. 定义开关周期T = t_on+t_off，占空比D=frac{t_on}{T}，则t_off=(1 - D)T。
2. 将t_on=DT和t_off=(1 - D)T代入(V_in-V_out)t_on=V_outt_off中，得到：- (V_in-V_out)DT = V_out(1 - D)T。
buck电路 开关损耗 开关频率 导通损耗
【buck电路：深度评估与全面探讨】随着电子技术的迅猛发展，各种高效能、低功耗的电源系统逐渐成为现代电子设备中不可或缺的组成部分。
在这其中，buck电路作为一种常见的降压转换器，被广泛应用于各种电子设备中，以提供稳定、高效的电源输出。
然而，在实际应用中，buck电路的开关损耗和开关频率等问题一直备受关注。
本文将深入分析buck电路的工作原理、开关损耗、开关频率及其影响因素，并提供个人观点和理解。
一、buck电路的工作原理1.工作原理简介在buck电路中，输入电压通过开关器件（MOSFET或IGBT）的控制，经过电感和电容等元件的作用，输出为较低的电压。
其中，通过控制开关器件的导通和关断，实现对输出电压的调节。
2.工作原理详解–输入电压经过控制开关器件后，会形成交替导通和关断的工作状态，实现电能的转换和输出。
–通过电感和电容等元件的协同作用，实现对电压的稳定输出，并且能够在一定程度上提高效率和响应速度。
二、开关损耗对buck电路的影响1.开关损耗的概念在buck电路中，由于开关器件进行导通和关断时会产生一定的能量损耗，这部分损耗即为开关损耗。
它主要包括开关器件导通时的导通损耗和关断时的反向恢复损耗。
2.开关损耗的计算–导通损耗：P sw,on=I sw2×R on–反向恢复损耗：P sw,off=Q rr×V DS×f s w3.开关损耗的影响因素–开关频率–开关器件的导通/关断速度–开关器件的导通/关断损耗特性三、开关频率对buck电路的影响1.开关频率的作用开关频率是指开关器件在单位时间内的开关次数，它直接影响着buck电路的工作性能和效率。
常见的开关频率包括几十千赫兹至几百千赫兹，不同的频率对buck电路的影响也不尽相同。
2.开关频率与效率的关系–高频率：可以减小输出滤波器元件的尺寸和成本，但会增加开关损耗和开关器件的损耗，影响整体效率。
–低频率：能够降低开关损耗，但需要更大尺寸的滤波器元件，导致成本提高并且功耗增加。
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2Io
2、如果工作在BCM模式，则令ILmin=0，Td=T(1-D),即
2TLIoVinT2D 2VoT2D 2T(1D ) Vin TD Vo TD
L VinVoTD
2Io
3、如果工作在CCM模式，则令ILmin > 0，Td=T(1-D),即
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 间。根据伏秒积平衡有：
V in V o T * D V O T d
当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容C1放电以
及点，减，即小 由 在的系一电统个感工周电作期流在内I A维电DV C持流M，函0的T i等数T条t效曲d件t电线，，路与可如时即以图间将在三轴储一所能围个电成感周的电期面感积内量除设电以置流周为期函40，u数H。曲线与时间轴所围成的面积除以周期，
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：
VinLddLtiVO0
i V V i V V → 即
L L
t
in
o
L t L in o
T d2 T L Io 2 2 L T D IL L m I in L m V in in T V D in T V 2 D o T 2D V o T 2 D 2
BUCK电路基本原理
BUCK电路基本原理1.工作原理：当开关管导通时，输入电压传递给电感。
由于电感的自感作用，输入电压的能量会储存在电感的磁场中。
然后，开关管断开，电感的自感作用会产生一个反向电压，这使得电感上的电流保持不变。
这时，二极管导通，将电感上储存的能量传送到负载上，实现电压降低。
这个过程是周期性重复的，开关管的导通周期和占空比可以控制输出电压的大小和稳定性。
开关管的占空比越大，输出电流越大，电压降低的程度也越大。
2.主要原理：a.自感作用：电感具有自感作用，当电流变化时会产生反向电势。
在BUCK电路中，电感仅与输入电压相连，当开关管切断电路时，电感的自感作用产生的反向电势将保持电流不变。
b.二极管的导通特性：BUCK电路中的二极管是一个重要的组成部分，它能够在开关管断开时导通，并将电感存储的能量传递到负载上。
二极管的导通特性在BUCK电路的工作中起到了至关重要的作用。
c.开关管的控制：开关管的导通周期和占空比决定了BUCK电路的输出电压稳定性。
通过改变开关管导通周期和占空比，可以控制输出电压的大小和波动范围。
d.反馈控制：为了确保输出电压的稳定性，BUCK电路通常配备反馈控制回路。
反馈控制回路会根据输出电压的变化来调整开关管的导通周期和占空比，以保持输出电压在设定的范围内。
总结起来，BUCK电路通过周期性地开关导通和断开来实现电压降低。
它利用电感和二极管的特性以及开关管的控制实现了稳定的电压输出。
BUCK电路在电力电子领域有着广泛的应用，例如直流电源、开关电源和电动车等。
buck电源电路工作原理
buck电源电路工作原理
Buck电源电路工作原理是通过控制开关管的导通时间来降低输入电源的电压，进而得到输出电压较低的电路。
具体来说，Buck电源电路由输入电源、开关管、电感、二极管和输出负载组成。
开关管通常是MOSFET或BJT，而电感用来储存能量，二极管用于输出电流的反向导通。
工作原理如下：
1. 当开关管导通时，电感中储存有一部分电流和磁能量。
2. 开关管关断时，电感中的电流在通过二极管的作用下继续流动，即电感放电。
3. 当电感放电时，输出电流继续供应电载，并从电容中释放能量。
4. 重复上述过程，可以实现稳定的输出电压。
Buck电源电路通过改变开关管的导通比例来调节输出电压。
开关管导通时间越长，输出电压越高；导通时间越短，输出电压越低。
此外，通过精确控制开关管的导通频率和占空比，可以实现更稳定的输出电压。
需要注意的是，为了实现稳定的输出电压，Buck电源电路通常采用反馈控制机制，即输出电压通过反馈回路将信息传递给控制器，控制器再根据该信息调整开关管的导通比例，以保持输出电压稳定。
总之，Buck电源电路通过控制开关管的导通时间来降低输入电压，实现稳定的输出电压。
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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
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 间。根据伏秒积平衡有：
V in V oT * D V O T d
T
on
V V o
in
T T on
d
同样，在一个周期对电感电流进行分析：
Io
I Lmax T * D
2T
T
d
Buck电路原理分析
四、外为参数对系统工作模式的影响：
图六
Buck电路原理分析
四、外为电流进行分析：
I I I I T
TD
L min
图二
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Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析
当感开 电关 流管 线Q性1减驱少动，为输低出电电平压时靠，输开出关滤管波关电断容，C储L1放能电电以感及L1减通小过的续电流感二电极流管维放持电，，等电
效电路如图三
N
图三
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L m in
Lmax
Io T
2
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
2、BCM Mode：关键点原件波形见图五
图五
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
2、BCM Mode：
参照图四与图五电感电流的波形，可以得知电感最小电流逐渐减小到零
TD
I
L min
TD
T
d
T
d
2TLI
o
2TDLI Lmin V inT 2D2 V 2LI Lmin V inTD V oTD
oT
2D2
Buck电路原理分析
四、外为参数与系统工作模式的关系：
1、如果工作在DCM模式，则令ILmin=0，Td<T(1-D),即
2TLI o V inT 2D2 V oT 2D2 T (1 D) V inTD V oTD
Buck电路原理分析
一、Buck电路原理图
图一 Buck电路，又称降压电路，其基本特征是DC-DC转换电路，输出 电压低于输入电压。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。
- + tuoV 1 R - 1 L + niV - +
Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析 当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流 线性增加，同时给电容C1充电，给负载R1提供能量。等效电路如图二
80uH
(10 5) 0.5 20KHz 2I o
,
I
o
0.78 A
因此，电阻可定义为
R
Vo Io
5 0.78
6.41
通过上述参数定义以及计算，可以得到相关参数的理论值：
开关管Q1导通时，根据KVL定律：
V
in
L
diL
dt
V
O
0
i V V i V V → 即
L
L
t
in
o
L t
L
in
o
t 为Q管导通时间，所以，t T D, T为工作周期，D为占空比：
L
iL
V
in
V
TD
o
①
开关管Q1关断时，同理根据KVL定律：
忽略二极管D的正向压降，有
L diL dt
V o
T itdt
I AV 0 T
，即在一个周期内电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期，
为电流的平均值。参照图四电感电流波形，一个周期内面积为
I I I I I I
S Lmin Lmax T D Lmin T Lmax 1 D Lmin T Lmax
2
2
2
所以，平均电流
I I S
- + tuoV 1 R + 1 L - 1 D
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：
L V in V oTD
2I o
2、如果工作在BCM模式，则令ILmin=0，Td=T(1-D),即
2TLI o V inT 2D2 V oT 2D2 T (1 D) V inTD V oTD
L V in V oTD
2I o
3、如果工作在CCM模式，则令ILmin > 0，Td=T(1-D),即
The future power solutions
BUCK电路工作原理分析
目录:
1. BUCK电路原理图 2. BUCK电路工作原理 3. Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM 4. BUCK电路外围参数与系统工作模式的关系 5. BUCK电路仿真验证
- + tuoV 1 R 1 C 1 L 1 D 1 Q niV - +
即
LiL V o T1 D
②
伏秒积平衡
①＝② ，可以得出：
V V D
o
in
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：
负载电流IO与电感电流的关系，在一个周期内进行分析，负载电流即为在一个
周期内电流的平均值，参考图四。电流的平均值在数学上的表达式为：
I
L min
TIo TD T
d
V
in
V oTD
2L
0
L V in V oTD
2I o
Buck电路原理分析
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，
时，工作模式也逐渐从CCM进入BCM。根据伏秒积平衡 ：
V in V oT * D V O T 1 D
V V D
o
in
I 同样，在一个周期进行分析，
T L max
Io 2 T
I Lmax 2
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
L max
L min
L max
d
Io
2 T
2 T
即 2T I o I Lmin I LmaxTD T d
当Q管导通时
id
L
L
dt
V in
V o
I I L Lmax
L min
V V TD
in
o
即
I Lmax
V in V o L
TD I Lmin
2T
I
o
I
L min
V
in
V L
o