buck電路簡介

BUCK電路的定義

BUCK電路是一種降壓斬波器，降壓變換器輸出電壓平均值Uo總是小于輸出電壓UD。

通常電感中的電流是否連續(xù)，取決于開關(guān)頻率、濾波電感L和電容C的數(shù)值。

BUCK也是DC-DC基本拓?fù)洌蛘叻Q為電路結(jié)構(gòu)，是最基本的DC-DC電路之一，用直流到直流的降壓變換。

BUCK和BOOST使用的元件大部分相同，但是元件的組成卻不盡相同。

簡單的BUCK電路輸出的電壓不穩(wěn)定，會(huì)受到負(fù)載和外部的干擾，當(dāng)加入PID控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

可通過采樣環(huán)節(jié)得到PWM調(diào)制波，再與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，通過PID控制器得到反饋信號(hào)，與三角波進(jìn)行比較，得到調(diào)制后的開關(guān)波形，將其作為開關(guān)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)BUCK電路閉環(huán)PID控制系統(tǒng)。

BUCK電路的參數(shù)計(jì)算

電感的參數(shù)

電感的選擇要滿足直到輸出最小規(guī)定電流時(shí)，電感電流也保持連續(xù)。

在臨界不連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)：

所以

傳輸文件進(jìn)行 [薄膜開關(guān)] 打樣越大，進(jìn)入不連續(xù)狀態(tài)時(shí)的電流就越小。

電容的參數(shù)

電容的選擇必須滿足輸出紋波的要求。

電容紋波的產(chǎn)生：

1. 電容產(chǎn)生的紋波： 相對很小，可以忽略不計(jì);

2. 電容等效電感產(chǎn)生的紋波：在300KHZ~500KHZ以下可以忽略不計(jì);

3. 電容等效電阻產(chǎn)生的紋波：與esr和流過電容電流成正比。為了減小紋波，就要讓esr盡量的小。

BUCK電路的結(jié)構(gòu)

將快速通斷的晶體管置于輸入與輸出之間，通過調(diào)節(jié)通斷比例(占空比)來控制輸出直流電壓的平均值。該平均電壓由可調(diào)寬度的方波脈沖構(gòu)成，方波脈沖的平均值就是直流輸出電壓。

Q導(dǎo)通：

輸入端電源通過開關(guān)管Q及電感器L對負(fù)載供電，并同時(shí)對電感器L充電。電感相當(dāng)于一個(gè)恒流源，起傳遞能量作用。電容相當(dāng)于恒壓源，在電路里起到濾波的作用。

Q閉合：

電感器L中儲(chǔ)存的能量通過續(xù)流二極管D形成的回路，對負(fù)載R繼續(xù)供電，從而保證了負(fù)載端獲得連續(xù)的電流。

從電路可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，此濾波器設(shè)計(jì)的原則是使us(t)的直流分量可以通過，而抑制us(t)的諧波分量通過;

電容上輸出電壓uo(t)就是us(t)的直流分量再附加微小紋波uripple(t)。

電路工作頻率很高，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容充放電引起的紋波uripple(t)很小，相對于電容上輸出的直流電壓Uo有：電容上電壓宏觀上可以看作恒定。

電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成，宏觀上可以看作是恒定直流，這就是開關(guān)電路穩(wěn)態(tài)分析中的小紋波近似原理。

一個(gè)周期內(nèi)電容充電電荷高于放電電荷時(shí)，電容電壓升高，導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷減小、放電電荷增加，使電容電壓上升速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡，此時(shí)電壓維持不變;

反之，如果一個(gè)周期內(nèi)放電電荷高于充電電荷，將導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷增加、放電電荷減小，使電容電壓下降速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡，最終維持電壓不變。

這種過程是電容上電壓調(diào)整的過渡過程，在電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，電路達(dá)到穩(wěn)定平衡，電容上充放電也達(dá)到平衡，這是電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的一個(gè)普遍規(guī)律。

開關(guān)S置于1位時(shí)，電感電流增加，電感儲(chǔ)能;而當(dāng)開關(guān)S置于2位時(shí)，電感電流減小，電感釋能。假定電流增加量大于電流減小量，則一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量為：

ΔΨ=L(Δi)>0

此增量將產(chǎn)生一個(gè)平均感應(yīng)電勢：

u=ΔΨ/Τ>0

此電勢將減小電感電流的上升速度并同時(shí)降低電感電流的下降速度，最終將導(dǎo)致一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量為零;一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。

這種在穩(wěn)態(tài)狀況下一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量(磁鏈平均增量)為零的現(xiàn)象稱為：電感伏秒平衡。這也是電力電子電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的又一個(gè)普遍規(guī)律。

BUCK的應(yīng)用電路

BUCK電路主要應(yīng)用于低壓大電流領(lǐng)域，其目的是為了解決續(xù)流管的導(dǎo)通損耗問題。采用一般的二極管續(xù)流，其導(dǎo)通電阻較大，應(yīng)用在大電流場合時(shí)，損耗很大。用導(dǎo)通電阻非常小的MOS管代替二極管，可以解決損耗問題，但同時(shí)對驅(qū)動(dòng)電路提出了更高的要求。此外，對Buck電路應(yīng)用同步整流技術(shù)，用MOS管代替二極管后，電路從拓?fù)渖险狭薆uck和Boost兩種變換器，為實(shí)現(xiàn)雙向DC/DC變換提供了可能。在需要單向升降壓且能量可以雙向流動(dòng)的場合，很有應(yīng)用價(jià)值，如應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車時(shí)，輔以三相可控全橋電路，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電。

UC3842

UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。

該芯片集成了振蕩器、具有高溫補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電流、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路。

其應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋洪_關(guān)電源;工業(yè)電源;電壓反饋電路設(shè)計(jì);反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)。

SG3525

SG3525 是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動(dòng)為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動(dòng)能力;內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動(dòng)控制電路、PWM鎖存器，有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時(shí)能限制最大占空比。它的應(yīng)用領(lǐng)域是：開關(guān)電源;直流變換器;逆變器設(shè)計(jì);脈沖寬度調(diào)制。

TL431

TL431是可控精密穩(wěn)壓源。

它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從Verf(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。

該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中用它代替穩(wěn)壓二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路，可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等。

應(yīng)用領(lǐng)域：電平值轉(zhuǎn)換;充電器;開關(guān)電源;適配器;DVD;電視機(jī)。

BUCK電路的使用注意

BUCK電路只有一個(gè)電感，沒有變壓器，輸入與輸出不能隔離。

這就存在一個(gè)危險(xiǎn)，一旦功率開關(guān)損壞電路，輸入電壓將直接加到負(fù)載電路，因?yàn)檎伎毡菵《1，所以BUCK電路僅有一路輸出，如果輸出電壓為5V，還需要3.3V時(shí)，則要加后續(xù)調(diào)節(jié)器，BUCK電路在多路輸出時(shí)是這樣應(yīng)用的。