接著亂侃,BUCK電路是最基本的電路拓?fù)渲唬枚嗤負(fù)渚褪歉鶕?jù)BUCK電路演變而來,像正激電路等。下面我簡單說下BUCK原理,已經(jīng)深入了解的朋友再溫古下,不了解的朋友好好理解下!
BUCK電路也叫做降壓變換器,它由PWM控制的開關(guān)管,電感,濾波電容及續(xù)流用的二極管組成,具體如下圖所示
在開關(guān)管VT導(dǎo)通期間,二極管D反向截止。輸入電壓通過電感L向負(fù)載提供能量同時(shí)向電容充電及電感儲(chǔ)存能量。其等效電路如下圖所示
在開關(guān)管VT關(guān)斷期間,電感電壓反向,二極管D正向?qū)?,電感釋放能量向?fù)載提供能量。等效電路如下圖
在開關(guān)管VT導(dǎo)通期間,電感電流IL線性增加;而在VT關(guān)斷期間,電感電流線性減小。根據(jù)電感電流在VT關(guān)斷期間是否到零可將BUCK電路分為連續(xù)模式(CCM)和斷續(xù)模式(DCM)。
連續(xù)模式(CCM)的基本分析
以上是連續(xù)模式基本原理及電路穩(wěn)態(tài)以后主要點(diǎn)的波形,從波形可以看出,電感電流在開關(guān)管關(guān)斷以后并沒有降到零。
根據(jù)BUCK的工作原理,MOS管Q1開通期間,輸入電壓通過電感L向負(fù)載供電,那么L1的電流線性上升,MOS導(dǎo)通期間的VON=Vin-Vo;
MOS管關(guān)斷期間,電感L向負(fù)載提供能量,那么L1的電流線性下降。MOS關(guān)斷期間的VOFF=Vo
根據(jù)伏秒法則,處于穩(wěn)定狀態(tài)的電感,開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間(電流上升段)的伏秒數(shù)須與關(guān)斷時(shí)間(電流下降段)的伏秒數(shù)在數(shù)值上相等,但想著符號(hào)相反??梢缘贸?
VON*TON=VOFF*TOFF
導(dǎo)通期間的VON上邊已經(jīng)得出VON=Vin-Vo
TON=D*T
VOFF=Vo
TOFF=(1-D)*T
代入上式整理得
(Vin-Vo)*D*T=Vo*(1-D)*
整理得到
Vo=Vin*D
可見BUCK電路通過控制開關(guān)管的占空比,就可以調(diào)整輸出電壓。
由于占空比D小于1,所以根據(jù)上式可以得到一個(gè)很重要的結(jié)論,BUCK電路只能做降壓轉(zhuǎn)換。
在MOS管導(dǎo)通期間,電感L1電流線性上升。電感電流的變化量△I根據(jù)公式可得到
△I=VON*TON/L
咱們把公式從新整理下那么
L=VON*TON/△I
這個(gè)公式里邊,VON是已知量,前邊已經(jīng)有過說明。TON也為已知量,那么想得到電感量,只有△I為一個(gè)未知量,只要求出△I,那么感量也就可以求出來了
下邊看下圖,咱們看下△I的求法
先看下輸出電壓 電流的圖形
由于我設(shè)置的占空比D為0.5 輸入電壓為20V 那么根據(jù)Vo=Vin*D=20*0.5=10V
輸出電流Io=Vo/Ro=10/2=5A
由上圖可以看到,到開關(guān)管導(dǎo)通期間,電流從I1到了I2;開關(guān)管關(guān)斷期間,電流從I2又降到了I3。
而I1到I2的中間值正好是輸出電流值Io,因此可以得到電感電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值等于輸出平均電流值即
IL=Io。
而峰值電流Ipk正好是I2的點(diǎn),所以峰值電流Ipk=Io+(I2-I1)/2=Io+△I/2
那么式L=VON*TON/△I中的△I也就可以算出來了,△I=I2-I1。但是感量不同 I2和I1的值也不同,咱們把上邊原理圖中的電感量由10uH改為30uH看結(jié)果
由上圖可見,感量變大后,I1值變大和I2的值變小了,導(dǎo)致
△I減小。其峰值電流也減小了。
那么想要得出電感量,這里出現(xiàn)一個(gè)經(jīng)驗(yàn)取值。一般取△I等于0.1-0.3倍的輸出電流值Io
在把L=VON*TON/△I整理下,這里我們?nèi)?span>△I=0.2倍的Io得到
L=(Vin-Vo)*D*T/0.2*Io
式中,L為電感的電感量 單位H
Vin為最高輸入電壓, 單位V 為啥是最高輸入電壓呢,當(dāng)輸入增加時(shí),在負(fù)反饋的作用下占空比降低,但是Vo是不變的。根據(jù)VOFF*TOFF=△I*L 在整理下得 △I/TOFF=VOFF/L 由于VOFF=Vo是不變的 L是不變的 所以電流下降率△I/TOFF是不變的。但是TOFF發(fā)生增加了,△I/TOFF是不變的的,所以△I肯定增加了。由于峰值電流Ipk=Io+△I/2 所以最高電壓端為峰值電流最高端,為了保證磁芯不飽和,要在最大輸入電壓下設(shè)計(jì)BUCK電路
Vo為輸出電壓 單位V
D為最大輸入電壓下的最小占空比
T為開關(guān)周期 單位s
Io為輸出電流 單位A
那么連續(xù)模式下的電感量就可以通過上式得到
BUCK還可工作在斷續(xù)模式(DCM),但一般很少應(yīng)用,本設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)在連續(xù)模式下的BUCK電路。故對DCM模式不做詳細(xì)介紹了。
回頭下節(jié)將介紹下BUCK的兩種驅(qū)動(dòng)模式