电源——BUCK详解_buck电路-CSDN博客

Buck电路（降压式变换电路）-CSDN博客

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电子工程世界 

Buck、Boost、Buck-Boost作为直流开关电源中应用广泛的拓扑结构，属于非隔离的直流变换器。本期将对其中的Buck电路展开详细介绍。

降压式（Buck）变换器是一种输出电压≤输入电压的非隔离直流变换器。Buck变换器的主电路由开关管Q，二极管D，输出滤波电感L和输出滤波电容C构成。

核心器件：开关管（S）、电感（L）、电容（C）、二极管（D）

开关管：可以导通和关断电流，常见的开关管有三极管、MOSFET、IGBT等 电感：可以将电能转换成磁能储存起来，也能将磁能转换为电能再次释放 （1）电感在进行储能和释能转换时，电感的正负极会发生反向 （2）流经电感的电流不能突变，只能逐步变大或变小 电容：具备存放电的功能，电容器两端电压高于外部电路电压时放电，反之充电，充放电不会发生正负极的反向 二极管：具有正负极特性，电流只能单向流过，只有正极与正极相接才可流过电流，否则无法流过。

注：D也可以是MOS管，MOS的压降损耗比二极管要小，二极管D也可以是其他快恢复或者肖特基二极管，导通压降更小的，损耗也小。Q和D是是一个同步整流，Q开D关、或者Q关D开。

把Q和D当做一个开关，电感不能突然断开、电容不能突然合上。U=L*di/dt，Q突然断开，Q两端的电流瞬间从i变成0，会产生感应电动势U；D突然合上导通，电容C两端电压瞬间从0升到U,会产生电流拉弧，Ic=C*du/dt, 等效图如下：

导通时间

关断时间

在[0,Ton]期间，开关导通；在[Ton，Ts]期间，Q截止。设开关管开关周期为Ts，则开关频率fs=1/Ts。导通时间为Ton，关断时间为Toff，则Ts=Ton+Toff。设占空比为D，则D=Ton/Ts。改变占空比D，即改变了导通时间Ton的长短，这种控制方式成为脉冲宽度调制控制方式（Pulse Width Modulation, PWM）。

Buck电路特征

•  输出电压≤输入电压 

•  输入电流断续

•  输出电流连续 

•  需要输出滤波电感L和输出滤波电容C

伏秒原则，又称伏秒平衡，是指开关电源稳定工作状态下，加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感两端电压乘以关断时间，或指在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值。

在一个周期 T 内， 电感电压对时间的积分为 0，称为伏秒平衡原理。正如本文开头视频中指出，任何稳定拓扑中的电感都是传递能量而不消耗能量， 都会满足伏秒平衡原理。

同步整流是采用极低导通电阻的的MOSFET来取代二极管以降低损耗的技术，大大提高了DCDC的效率。

物理特性的极限使二极管的正向电压难以低于0.3V。对MOSFET来说，可以通过选取导通电阻更小的MOSFET来降低导通损耗。

在开关电源系统中，死区时间（Dead Time）是指为了避免两个晶体管开关同时导通而引入的屏蔽时间。

连接的两个晶体管开关通过交互地闭合和关断来决定线圈中电流的增减。为避免两个晶体管同时导通造成不必要的电流浪涌，即需控制电路在开关动作引入死区特性。在死区时间内，需要完成对已导通晶体管的关断和另一晶体管的导通。

•  设置必要的死区时间以防止短路。

•  死区时间越小，体二极管传导越少。

•  死区时间越小，损耗越小，效率越高。

核心器件：开关管（S）、电感（L）、电容（C）、二极管（D）

开关管：可以导通和关断电流，常见的开关管有三极管、MOSFET、IGBT等电感：可以将电能转换成磁能储存起来，也能将磁能转换为电能再次释放 （1）电感在进行储能和释能转换时，电感的正负极会发生反向 （2）流经电感的电流不能突变，只能逐步变大或变小电容：具备存放电的功能，电容器两端电压高于外部电路电压时放电，反之充电，充放电不会发生正负极的反向二极管：具有正负极特性，电流只能单向流过，只有正极与正极相接才可流过电流，否则无法流过

当开关管（S）导通，电流开始从左边的电源正极流出，流向负极，电流流经二极管（D），遇到二极管的负极不能通过，继续前进，电流流经电感（L），电感同时将电能转化成磁能储存，电流继续前进，电流流经电容（C），电容同时充电，电流继续流过负载，回到电源负极，整个电路通畅，输出端负载正常工作。此周期电感左正右负，由于流过电感的电流不能突变，所以负载（灯泡）的电压是逐步增大的。

当开关管关断，电源不再供电，电感储存的磁能转换成电能释放，此时它的正负极反向（左负右正），电感变成了电路里的电源，由于电流永远是从正极流向负极，所以形成红色电流回路，此时。二极管是可以流过电流的，电感释放的电流会逐步由大变小

假设输入5V电压，目标得到3V的输出电压，首先开关管导通，电感限制电流逐步增大，输出端的电压逐步增大（0到3V），同时电感储能，当输出电压大于目标值3V时，开关管立刻关断，由电感供电，电感供电会逐步减小，当电感供电电压低于输出所需电压时，开关管再次导通，进行供电，并给电感充电，此过程循环往复，通过控制开关管的导通和关断，来控制电感的储能和释能，从而实现降压，当开关管关断，由于电感的极性发生反转，这一瞬间电感不能给电路供电，此时由电容给电路供电，电容的特性是：当它两端电压高于外部电路电压时放电，反之充电

图中绿色部分，在输入端加了一个电容（CIN），它的作用是啥，除非是用电池这样的电源作为输入电压，一般情况下，都会有电压的波动，叫做纹波，在输入端加上电容，起到滤掉纹波的作用，使输入输出电压更加平稳

如图，给一个一定频率的PWM波控制Q1，使得输入电压不停的导通断开，达到降压的目的。 输入电压 * 占空比 = 输出电压 非隔离 输入与输出的极性相同

Q1是开关管，通常使用的是MOS管。D1是续流二极管。L1起到储能作用。C1滤波。 开关管导通时，（充电）L1产生一个左正右负的感应电动势并慢慢消失，Vi给负载供电。D1截止。 开关管断开时，（放电）L1产生一个左负右正的感应电动势，L1给负载供电，此时电流通过D1流向L1。

电感能量没有消耗完就开始充电

电感能量消耗完了才开始充电

电感能量刚刚消耗完马上开始充电

储存在电感上的能量等于电感释放出的能量

伏秒平衡原理：Von * T = Voff * T

如图，BUCK电路封装在芯片内，此芯片为TPS5450，芯片的典型应用电路如图。

输入部分是滤波电容 输出部分有滤波电容，分压电阻，稳压二极管 稳压二极管可以在电压过大时击穿二极管到地，保护后级电路 分压电阻会给芯片反馈电压值从而自动调整输出电压