BUCK电路基础及简单应用

Buck电路工作原理

Buck电路又称降压电路其基本特征是DC-DC转换电路输出电压低于输入电压。

上图是BUCK的简单应用将12V直流转换为5V直流。这个电路可以简单的看成将12V的直流电以一定的频率开通和关断此时的输出为方波在导通时输出电压为12V关断时输出电压为0V当导通时间为整个周期的5/12时输出电压的平均值在5V。加上电容电感滤波后就成了直流5V。5/12也就是占空比。

占空比

占空比是指在一个脉冲循环内通电时间相对于总时间所占的比例。上图中Q为开关管其驱动电压一般为PWM信号信号周期为T导通时间为ton关断时间为toff则周期T=ton+toff占空比D=ton/T=Vout/Vin。

当开关管Q1驱动为高电平时开关管导通储能电感L被充磁流经电感的电流线性增加同时给电容C充电给负载R提供能量。等效电路如下

当开关管Q1驱动为低电平时开关管关断储能电感L通过续流二极管放电电感电流线性减少输出电压靠输出滤波电容C放电以及减小的电感电流维持等效电路如下

 伏秒平衡

Buck的最基本分析原理采用伏秒平衡原理所有输出电流一定经过电感所以在稳态时电感在导通和关断的电流变化量相等即Von*TonVoff*Toff=L*ΔI。

电感公式V=L*ΔI/ ΔT

导通时Von=L*ΔIon/ ton

关断时Voff=L*ΔIoff/ toff

在稳态时ΔIon= ΔIoff= ΔI

所以Von*TonVoff*Toff

简单应用

设计一个100W14-50V输入12V输BUCK电路。频率设置为370.37KHZ

电感的选择14-50V输入输出电压12V、输出电流8.4A。

对于BUCK输入电压升高时占空比将减小toff增加。因为ΔI/ toff = Voff/LVoff=VoVo固定所以电感电流的变化斜率没有改变而toff增加所以ΔI将变大为保证不发生磁饱和在BUCK中应从最高输入电压开始设计电感。此应用中最高输入电压为50V。

占空比 D=12/50=0.24

周期 T=1/f=2.7us

关断时间 toff=1-D*T=2.052us

关断时间伏秒积=Vo*toff= 24.624Vus

电流纹波率r取0.4 ΔI=0.4*8.4=3.36A

电感感量 L=Vo*toff/ ΔI=7.33uH

电感额定电流不小于1+r/2*IL=1.2*8.4=10.08A

输出电容的选择

 从上面的图上分析电解电容的充电时间是t1-t3电感电流ILIo的时候电容充电也就是电容充电时间是半个周期。充电的平均电流就是

 根据    Q=C·V=I·t 

ILmax-Io=△I/2

 =16.8*2.7us/8*0.12=47.25uF