自举驱动buck电路的缓慢下电问题与解决
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）。
buck降压电路原理
Buck降压电路原理1. 引言电力系统中，变压器常用来进行电压变换，但有时我们需要降低电压的大小。
这就需要通过使用降压电路来实现。
本文将详细介绍一种常见的降压电路，即Buck降压电路。
2. Buck降压电路概述Buck降压电路是一种非绝对稳定性的直流-直流降压转换器，用于将高电压直流输入转换为较低电压直流输出。
它是一种开关电源，使用开关管调节输入电压与负载之间的变换关系。
3. Buck降压电路原理Buck降压电路基于两个关键元件：开关管和电感。
当开关管关闭时，电感储存电能，并将其传输到负载上。
当开关管打开时，电感释放储存的能量，从而使输出电压减小。
3.1 开关管开关管用来控制电路的导通和断开。
在Buck降压电路中，一般使用晶体管作为开关管。
当晶体管导通时，电路通路打开，电感储存电能；当晶体管断开时，电路闭合，电感释放储存的能量。
3.2 电感电感是Buck降压电路的核心元件之一。
它可以储存和释放能量，用来平衡输入电压和输出电压之间的差异。
电感的参数选择对电路性能有重要影响，如电感的值、电感的质量等。
3.3 变压器降压电路中，变压器常用来实现电压转换。
在Buck降压电路中，变压器的作用是将输入电压转换为所需的输出电压。
变压器的设计与参数选择直接影响转换的效率和稳定性。
4. Buck降压电路的工作原理Buck降压电路的工作原理可以分为四个阶段：导通、反向恢复、关断和正向恢复。
4.1 导通在此阶段，开关管处于导通状态，电感储存电能，同时输出电压保持稳定。
在导通期间，电源的电能被转换为电感储存的磁能。
4.2 反向恢复当开关管关闭时，电感释放储存的磁能，造成电感两端的电压反向增加，此时开关管处于关断状态。
反向恢复的目的是回复电感初始状态。
4.3 关断在此阶段，开关管被断开，电感两端的电压继续上升。
同时，负载电容释放储存的能量，使输出电压稳定。
此时，电感释放存储的电能，维持输出电压稳定。
4.4 正向恢复当电感两端的电压超过输入电压时，正向恢复阶段开始。
《消除Buck转换器中的EMI问题》
摘要要想消除开关模式电源转换器中的EMI问题会是一个很大的挑战，因为其中含有很多高频成分。
电子元件中的寄生成分常常扮演很重要的角色，所以其表现常常与预期的大相径庭。
本文针对低压Buck 转换器工作中的EMI问题进行很基础的分析，然后为这些问题的解决提供很实用的解决方案，非常具有参考价值。
1. 概述在设计开关模式转换器的时候，电磁兼容问题通常总是要在设计完成以后的测试阶段才会遇到。
假如没有在设计的第一阶段就考虑到电磁兼容性问题，要在最后的环节再来降低其影响就会很困难，花费也会很高。
所以，为了确保产品设计过程顺畅无阻，能够得到最优化的设计，最好的做法是在设计一开始的时候就开始考虑这个问题。
在所有要考虑的因素中，元件选择和PCB布局设计是获得最佳EMI性能的关键。
2. 转换器中的EMI源头造成EMI问题的辐射源有两类：交变电场（高阻），交变磁场（低阻）。
非隔离的DC/DC转换器具有阻抗很低的节点和环路（远低于自由空间的阻抗377Ω，此值为真空磁导率µ。
和真空中的光速C。
的乘积，也被称为自由空间的本质阻抗——译注），因而Buck架构DC/DC转换器中主要的辐射源通常是磁场。
磁场辐射是由小型电流环中的高频电流形成的。
电流环所生成的高频磁场会在离开环路大约0.16λ以后逐渐转换为电磁场，由此形成的场强大约为：其中，f是信号的频率，单位为Hz；A是电流环路的面积，单位为m²；I是电流环中的电流幅值，单位为A；R是测量点距离环路的距离，单位为m。
举例而言，一个1cm²的电流环，其中的电流为1mA，电流变化频率为100MHz，则距离此电流环3m 处的场强为4.4µV/m，或说是12.9dBµV。
下图1显示了一个流过1mA电流的1cm²电流环所形成的辐射强度与电流变化频率之间的关系，图中绿线是标准容许的3m距离上的辐射强度阈值。
由图可见，由1mA电流在1cm²环路中所形成的辐射并不容易超出规格的限制。
消除Buck电源转换器中的EMI问题
图4
由于 Buck 转换器输入电流的不连续特性和实际为转换器供电的电源线 通常都很长的缘故，输入回路 A3 所造成的辐射也可能是很可观的，并 且可导致超出规格的传导辐射（在 150kHz~30MHz 频段），不能通过 电磁兼容（EMC）的传导测试检验。 为了降低输入电容 CIN 造成的电压跌落，可在靠近 Buck IC 的地方放置 多种不同尺寸的低 ESR 的 MLCC 电容，例如可将 1206 封装的 2x10µ F 和 0603 或 0402 封装的 22nF~100nF 电容结合起来使用。为了降低输入 回路的噪声，强烈建议在输入线上添加额外的 LC 滤波器。当使用纯 电感作为 L2 时，就有必要添加电解电容 C3 以抑制电源输入端可能出 现的振铃信号，确保输入电源的稳定。 为了对输出进行滤波，也要使用多种不同尺寸的 MLCC 电容作为输出 电容 Cout。小尺寸的 0603 或 0402 的 22nF~100nF 的电容可以很好地 阻止源于开关切换节点的高频噪声经由电感 L1 的寄生电容耦合到输出 端。额外增加的高频磁珠可防止输出回路变成有效的环形天线，但需 要注意的是这方法可能使转换器的负载瞬态响应特性和负载调整特性 变差。假如应用中的负载在这方面有严格要求，那就不要使用磁珠， 可以直接将转换器尽可能地靠近负载，通过对铜箔的优化布置使环路 的面积达到最小化。
1. 概述
在设计开关模式转换器的时候，电磁兼容问题通常总是要在设计完成 以后的测试阶段才会遇到。假如没有在设计的第一阶段就考虑到电磁 兼容性问题，要在最后的环节再来降低其影响就会很困难，花费也会 很高。所以，为了确保产品设计过程顺畅无阻，能够得到最优化的设 计，最好的做法是在设计一开始的时候就开始考虑这个问题。在所有 要考虑的因素中，元件选择和 PCB 布局设计是获得最佳 EMI 性能的关 键。
buck降压电路原理
buck降压电路原理Buck降压电路原理。
Buck降压电路是一种常见的电源变换电路，广泛应用于电子设备中。
它通过降低输入电压来提供所需的输出电压，是许多电子设备中不可或缺的一部分。
本文将介绍Buck降压电路的原理及其工作方式。
Buck降压电路基本原理是利用开关管的导通时间和截止时间来改变输入电压的有效值，从而实现降压的目的。
其基本结构包括开关管、电感、二极管和输出电容。
在工作时，输入电压经过开关管的切换，通过电感和二极管的作用，最终得到所需的输出电压。
Buck降压电路的工作过程可以简单描述为，当开关管导通时，电感上的电流增加，此时电感储存能量；当开关管截止时，电感上的电流减小，电感释放储存的能量，通过二极管供给负载。
通过不断地重复这一过程，最终可以得到稳定的输出电压。
在实际应用中，Buck降压电路有许多优点。
首先，它可以实现高效率的电压转换，能够将输入电压有效地降低到所需的输出电压，从而减少能量损耗。
其次，Buck降压电路的输出电压稳定性较好，能够满足对电压稳定性要求较高的应用场景。
此外，Buck降压电路结构简单，成本较低，适用于大规模生产。
然而，Buck降压电路也存在一些缺点。
例如，在工作时会产生较大的电流脉动，可能对其他电子设备造成干扰。
此外，当负载变化较大时，Buck降压电路的稳定性可能受到影响，需要通过设计合理的控制电路来解决这一问题。
为了提高Buck降压电路的性能，可以采取一些改进措施。
例如，可以通过优化开关管的选择和控制方式，来提高电路的效率和稳定性。
此外，合理设计电感和输出电容的参数，也可以对电路性能起到积极的影响。
总之，Buck降压电路作为一种常见的电源变换电路，具有许多优点，但也存在一些缺点。
通过深入理解其工作原理，合理设计和优化电路结构，可以提高其性能，满足不同应用场景的需求。
希望本文对Buck降压电路的原理有所帮助，谢谢阅读！。
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电路手册笔记
1.1BUCK 电路的简介串接晶体管的高功耗耗和笨重的工频变压器使得线性调整器在现代电于应用中失去了重要地位。
而且高功耗的串接元件需要的大散热片和大体积储能电容增大了线性调整器的体积。
随着电子技术的发展，电路的集成化使得电路系统的体积更小。
一般的线性调整器输出负载的功率密度仅为0.2~0.3W/in 3，不能满足电路系统小型化的要求。
而且线性电源不能提供数字存储系统所需要的足够长的保持时间。
取代线性调整器的开关型调整器早在20世纪60年代就开始应用。
一般的，这些新的开关电源使用开关晶体管将输入直流电压斩波成方波。
方波由占空比调节，并通过输出滤波，得到直流稳压电源。
滤波器一般由电感和输出滤波电容组成。
通过调节占空比，可以控制经过电容滤波输出电压的平均值。
而输出电压的平均值等于方波的有效值。
其基本拓扑如图1.1.采用的是恒频的工作方式，这种模式下的工作方式，功率开关管的通断频率f 不变，即周期T 不变，通过调节占空比（T T ON /）来调节输出电压。
注：T ON /T 一般称为占空比，即一个周期内的导通时间ON T 占周期T 的百分比。
在某些书中也可以采用)/(OFF ON ON T T T +来表示。
OFF T 为功率开关管的关断时间，OFF ON T T T +=。
1.2 BUCK 电路的基本工作方式1.2.1 BUCK电路的基本框图，如图1.1图1.11.2.2 BUCK电路的基本工作方式如图1.1，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V D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T ON。
①Q导通时，V D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。
等效模型如图1.2。
图1.2②Q关断时，电感L产生反电动势，使得V D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。
详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
开关电源具有效率高、输出电压可调范围大、损耗小、体积小、重量轻等特点，得到了广泛的应用。
由于开关电源体积小，输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大，如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。
本文通过对Buck电路的分析，找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。
纹波的定义
Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。
通常情况下，开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电，经高频开关变换由变压器降压，经高频二极管整流滤波后，得到稳定的直流电压输出。
其自身含有大量的谐波干扰，同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源，这些尖峰就是输出纹波。
输出纹波主要来源于4个方面：低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。
Buck电路产生纹波的机理及计算
1、纹波电流计算
电感的定义：
λ为线圈磁链、N为线圈匝数、i为流经线圈的电流、Φ为线圈磁通。
如果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Application ReportZHCA658 – Jul 20161降压式电路的缓冲电路原理和快速设计Zhengxing LiSales and Marketing/East ChinaGavin Wang Application/SVA摘要本应用报告首先给出了降压式开关电路（buck ）在上管开通瞬间的的一个等效谐振回路模型。
根据该模型推导出使得开关振铃最小化的阻容缓冲电路（snubber ）的参数计算公式，并结合参数公式给出了一套snubber 电路的快速设计方法，最后以LM5119的EVM 为例给出了snubber 的设计过程和结果。
.Contents1Buck 电路中snubber 的引入和参数优化 .......................................................................................2 1.1 Snubber 电路的引入 ................................................................................................................ 2 1.2 包含寄生参数的振铃回路等效 .................................................................................................. 2 1.3 等效模型下的snubber 参数计算 . (3)2 一种实用快捷的snubber 设计方法................................................................................................. 6 2.1 设计步骤 ................................................................................................................................. 6 2.2 LM5119 EVM 缓冲电路设计实例 ............................................................................................. 7 参考文献 ................................................................................................................................................. 9 FiguresFigure 1.常见的buck 开关波形 ................................................................................................. 2 Figure 2. 包括了主要寄生参数的buck 电路模型......................................................................... 3 Figure 3. 上管振铃电路等效模型 ................................................................................................. 3 Figure 4. 不同电阻值下对振铃的抑制效果对比 ........................................................................... 4 Figure 5. 相同电阻值下电容值变大对振铃的影响 ........................................................................ 5 Figure 6. 上管开通瞬间关键节点波形.......................................................................................... 6 Figure 7. BOOT charging circuit .............................................................................................. 6 Figure 8. LM5119 EVM 原始的振铃波形 . (8)Figure 9. LM5119 EVM 在SW 对地增加220pF 后的振铃波形 ...................................................8 Figure 10.LM5119 EVM 在采用了2.2Ohm+3.3nF 缓冲电路后的振铃波形 (9)ZHCA658降压式电路的缓冲电路原理和快速设计1 Buck 电路中snubber 的引入和参数计算1.1 Snubber 电路的引入由于寄生参数的存在，开关电源电路在开关动作瞬间会产生开关振铃。
Figure 1为buck 电路开关节点（两个开关与电感交汇点）的典型波形，可见在上管开通瞬间都有不同程度的振铃。
振铃的存在，可能使得开关管承受的电压超过其耐压值而发生击穿；另一方面，开关振铃为远超开关频率的高频振铃，并伴随很高的dV/dt ，会带来传导和辐射的EMI 问题，可能会使得终端产品不能通过EMI 标准测试，更严重时甚至会干扰开关电源自身的信号电路或临近的其他功能电路的正常工作。
所以尽可能地抑制开关振铃是开关电源设计中一个很重要的环节。
常见的措施，包括布线的优化减小线路寄生参数；选用二极管反向特性好的器件；降低开关速度；在振铃回路中放置snubber 等。
其中，snubber 是最为常用的手段，特别是在以上其他措施因客观因素的限制而不能达到最佳效果时。
Snubber 不仅能改变振铃频率，同时其电容效应会降低开关节点的dV/dt ，从而有效抑制EMI 。
本文以LM5119为实例讨论buck 电路的snubber 的相关问题，但同样的设计思路和方法可以推导到其他非隔离拓扑中。
Figure 1. 常见的buck 开关波形1.2 包含寄生参数的振铃回路等效Figure 2展示了包含主要寄生电感和电容的buck 电路，RC snubber （R 和Csnub ）放置在开关节点和 GND 节点之间。
该电路主要用来抑制上管开通瞬间的振铃，而该振铃正是绝大多数过压问题和EMI 问题的源泉。
ZHCA658降压式电路的缓冲电路原理和快速设计 3Figure 2. 包括了主要寄生参数的buck 电路模型首先由于开关过程在极短时间（从数个纳秒至数十个纳秒）完成，在此过程中电感L 的电流几乎不变，故L 和L p2（包括串联的L p6）不参与振铃。
其次，在振铃使得幅值超过V i 后，上管MOSFET 的沟道已完全打开，C Q 被短路，也不参与振铃。
故最终的振铃回路由图3左虚线方框中电路组成。
该电路可等效成图3中LC 谐振电路，新的L R 和C R 为L p1、L p5，L p3, L p4, C D 等所有参与振铃的寄生感容的复合值。
通常Snubber 的C snub 取值在数nF 以上，在振铃频率f R （加了snubber 后）下的阻抗很小。
以C snub =2.2nF, f R =150MHz 为例，阻抗为1/(j*2πf R *C snub )=-0.48j Ω。
而R 一般在数欧姆以上，故figure 3左可进一步近似等效为figure 3右。
Figure 3. 上管振铃电路等效模型1.3 等效模型下的snubber 参数计算由figure 3电路，可得到， VV ii =LL rr CC rrdd 2uu CC ddtt 2+LL rr RRssssssssdduu CC ddtt+uu CC （1）故为使电路电路为阻尼振铃，R 的取值为ZHCA658降压式电路的缓冲电路原理和快速设计R ≥12�LR C R（2）Figure 4给出了不同电阻值的仿真对比。
仿真条件为：L p1=L p5=10nH ，L p3=L p4=2nH, C snub =10nF ，C D =200pF.当RR =12�LLRR CC RR，电压振幅最低。
Figure 4. 不同电阻值下对振铃的抑制效果对比同时，C snub 越大，在RC snubber 并联到C R 后，实际等效的C R 会更大，意味着同样的阻尼电阻对振铃抑制效果越好。
Figure 5给出了在相同R （R=2.2Ohm ，其他电路寄生参数如前文）下，不同C snub 的仿真结果。
电容越大，抑制振铃振幅效果越好。
而且当电容达到一定程度大小以后，电容的增加给振铃抑制的效果并不显著，比如图x 中2500pF 和3500pF 对应的振幅对比。
究其原因，在RCsnubber 支路，电路电抗为R+1/(j*2πf R *C snub )，当C 达到使得1/(j*2πf R *C snub )<<R 时，此后C 的进一步增大对电路几乎忽略不计。
ZHCA658降压式电路的缓冲电路原理和快速设计 5Figure 5. 相同电阻值下电容值变大对振铃的影响另一个不能忽略的方面是，C snub 越大，buck 电路的损耗会越大，效率会越差。
损耗包括两个方面。
式（3）为snubber 电阻上的损耗，可知该损耗正比于电容容值。
Figure 6为上管开通瞬间的驱动电压和MOSFET 上电流电压对应关系。
式（4）为MOSFET 开关损耗(包括开通和关断损耗，并假设开通关断时间一致)，因为其中t2随C snub 的增大而增大，开关损耗也随之增大。
可见，从较小损耗的角度，电容越小越好。
设计者需要在控制功耗和抑制振铃之间找到较好的平衡。
PP ss ssuuss =12CC ss ssuuss ×VV SSSS _pppppppp 2×ffSS SS （3） 上式中，V SW_peak 为振铃峰值，f SW 为开关频率。
P SW =(t1+t2)×V SW ×I SW ×f SW （4）ZHCA658降压式电路的缓冲电路原理和快速设计Figure 6. 上管开通瞬间关键节点波形2 一种实用快捷的snubber 设计方法2.1 设计步骤根据以上的讨论，下文给出一个基于上文讨论等效模型的实用快捷的缓冲电路设计方法。