提及buck變換器，大多數(shù)工程師們還是很熟悉的。本文通過(guò)闡述buck變換器的工作原理、buck變換器的降壓原理、buck變換器的工作過(guò)程以及如何進(jìn)行buck變換器設(shè)計(jì)四方面。借此機(jī)會(huì)，不清楚的工程師趕緊充電下嘍！

一、Buck變換器三種稱法

1.降壓變換器：輸出電壓小于輸入電壓。

2.串聯(lián)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源：?jiǎn)蔚峨p擲開(kāi)關(guān)(晶體管)串聯(lián)于輸入與輸出之間。

3.三端開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓電源：

1)輸入與輸出的一根線是公用的。

2)輸出電壓小于輸入電壓。

二、Buck變換器工作原理結(jié)構(gòu)圖

圖1 .Buck變換器的基本原理圖

由上圖可知，Buck變換器主要包括：開(kāi)關(guān)元件M1，二極管D1，電感L1，電容C1和反饋環(huán)路。而一般的反饋環(huán)路由四部分組成：采樣網(wǎng)絡(luò)，誤差放大器(ErrorAmplifier，E/A)，脈寬調(diào)制器(PulseWidthModulaTIon，PWM)和驅(qū)動(dòng)電路。

三、Buck變換器工作過(guò)程分析

圖2.Buck變換器的工作過(guò)程

為了便于對(duì)Buck變換器基本工作原理的分析，我們首先作以下幾點(diǎn)合理的假設(shè)：

1)開(kāi)關(guān)元件M1和二極管D1都是理想元件。它們可以快速的導(dǎo)通和關(guān)斷，且導(dǎo)通時(shí)壓降為零，關(guān)斷時(shí)漏電流為零;

2)電容和電感同樣是理想元件。電感工作在線性區(qū)而未飽和時(shí)，寄生電阻等于零。電容的等效串聯(lián)電阻(EquivalentSeriesResistance，ESR)和等效串聯(lián)電感(EquivalentSeriesinductance，ESL)等于零;

3)輸出電壓中的紋波電壓和輸出電壓相比非常小，可以忽略不計(jì)。

4)采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2的阻抗很大，從而使得流經(jīng)它們的電流可以忽略不計(jì)。

在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上，下面我們對(duì)Buck變換器的工作過(guò)程進(jìn)行分析。

如圖1所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件M1導(dǎo)通時(shí)，電壓V1與輸出電壓Vdc相等，晶體管D1處于反向截至狀態(tài)，電流01=DI。電流11LMII=流經(jīng)電感L1，電流線性增加。經(jīng)過(guò)電容C1濾波后，產(chǎn)生輸出電流OI和輸出電壓OV。采樣網(wǎng)絡(luò)R1和R2對(duì)輸出電壓OV進(jìn)行采樣得到電壓信號(hào)SV，并與參考電壓refV比較放大得到信號(hào)。如圖1(a)所示，信號(hào)eaV和線性上升的三角波信號(hào)trV比較。當(dāng)eatrVV>時(shí)，控制信號(hào)WMV和GV跳變?yōu)榈?，開(kāi)關(guān)元件M1截至。此時(shí)，電感L1為了保持其電流1LI不變，電感L1中的磁場(chǎng)將改變電感L1兩端的電壓極性。這時(shí)二極管D1承受正向偏壓，并有電流1DI流過(guò)，故稱D1為續(xù)流二極管。若OLII<1時(shí)，電容C1處于放電狀態(tài)，有利于輸出電流OI和輸出電壓OV保持恒定。開(kāi)關(guān)元件截至的狀態(tài)一直保持到下一個(gè)周期的開(kāi)始，當(dāng)又一次滿足條件treaVV<時(shí)，開(kāi)關(guān)元件M1再次導(dǎo)通，重復(fù)上面的過(guò)程。

由分析可得，Buck變換器的工作過(guò)程可分為兩部分：

1)開(kāi)關(guān)(晶體管)導(dǎo)通：二極管D1截止;電感電流線性增加并儲(chǔ)能;電容充電儲(chǔ)能;輸出電壓Vo。

2)開(kāi)關(guān)(晶體管)關(guān)斷：二極管D1導(dǎo)通;電感釋放能量;電容放電;輸出Vo。

四、Buck變換器的兩種工作模式

按電感電流1LI在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)是否從零開(kāi)始，Buck變換器的工作模式可以分為電感電流連續(xù)工作模式(ConTInuousConducTIonMode，CCM)和電感電流不連續(xù)工作模式(DisconTInuousConductionMode，DCM)兩種。兩種工作模式的主要波形圖如圖2.4所示。下面分別對(duì)這兩種工作模式進(jìn)行分析。

圖4 Buck變換器的主要工作波形圖

五、buck變換器設(shè)計(jì)

BUCK變換器在一些大功率的開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)中，是非常常見(jiàn)的設(shè)計(jì)元件之一，其本身具有高轉(zhuǎn)化率、高適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)楣こ處煹漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)帶來(lái)極大幫助。本文教大家自制buck變換器。

(一)控制回路的設(shè)計(jì)

控制回路的原理圖如下圖所示：

控制回路的原理圖

(二)主回路的設(shè)計(jì)

主回路電路圖如下圖所示：

主回路電路圖

(三)主回路參數(shù)的計(jì)算

輸入電壓選定為20V。因?yàn)檩斎隫s=20V，輸出V0=10V，所以D=1/2。由于開(kāi)關(guān)頻率是30KHz。

由于瞬時(shí)電流(最大電流)不能超過(guò)0.5A，所以根據(jù)

可以得到L>=3.3*10^3H?，所以選取電感681又由于

得R>=40，所以選取電阻為47Ω。

要求電流連續(xù)，所以

總結(jié)：本文關(guān)于buck變換器就分享到此，希望工程師們通過(guò)本文能更深入的了解buck變換器！