BUCK斩波电路理论计算二极管电路的输出电压压与测量值比较,分析差异原因

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-11-29 07:10 标签： 二极管电路的输出电压

　　BUCK电路的定义

　　BUCK电路是一种降压斩波器降压变换器二极管电路的输出电压压平均值Uo总是小于二极管电路的输出电压压UD。

　　通常电感中的电流是否连续取决于开關频率、滤波电感L和电容C的数值。

　　BUCK也是DC-DC基本拓扑或者称为电路结构，是最基本的DC-DC电路之一用直流到直流的降压变换。

　　BUCK和BOOST使用嘚元件大部分相同但是元件的组成却不尽相同。

　　简单的BUCK电路输出的电压不稳定会受到负载和外部的干扰，当加入PID控制器实现闭環控制。

　　可通过采样环节得到PWM调制波再与基准电压进行比较，通过PID控制器得到反馈信号与三角波进行比较，得到调制后的开关波形将其作为开关信号，从而实现BUCK电路闭环PID控制系统

　　BUCK电路的参数计算

　　电感的选择要满足直到输出最小规定电流时，电感电流也保持连续

　　在临界不连续工作状态时：

　　所以越大，进入不连续状态时的电流就越小

　　电容的选择必须满足输出纹波的要求。

　　1. 电容产生的纹波： 相对很小可以忽略不计；

　　2. 电容等效电感产生的纹波：在300KHZ~500KHZ以下可以忽略不计；

　　3. 电容等效电阻产生的纹波：與esr和流过电容电流成正比。为了减小纹波就要让esr尽量的小。

　　BUCK电路的结构

　　将快速通断的晶体管置于输入与输出之间通过调节通斷比例（占空比）来控制输出直流电压的平均值。该平均电压由可调宽度的方波脉冲构成方波脉冲的平均值就是直流二极管电路的输出電压压。

　　输入端电源通过开关管Q及电感器L对负载供电并同时对电感器L充电。电感相当于一个恒流源起传递能量作用。电容相当于恒压源在电路里起到滤波的作用。

　　电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续嘚电流

　　从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器此滤波器设计的原则是使us（t）的直流分量可以通过，而抑制us（t）的谐波分量通过；

　　电容上二极管电路的输出电压压uo（t）就是us（t）的直流分量再附加微小纹波uripple（t）

　　电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple（t）很小相对于电容上输出的直流电压Uo有：电容上电压宏观上可以看作恒定。

　　电路稳态工作时二极管电路的输絀电压容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。

　　┅个周期内电容充电电荷高于放电电荷时电容电压升高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加使电容电压上升速度减慢，这種过程的延续直至达到充放电平衡此时电压维持不变；

　　反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变

　　这种过程是电容上电压調整的过渡过程，在电路稳态工作时电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡这是电路稳态工作时的一个普遍规律。

　　开关S置於1位时电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时电感电流减小，电感释能假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内電感上磁链增量为：

　　此增量将产生一个平均感应电势：

　　此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度最终將导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。

　　这种在稳态状况下一个周期内电感電流平均增量（磁链平均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。

　　BUCK的应用电路

　　BUCK电路主要应用于低压大电流领域其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。采用一般的二极管续流其导通电阻较大，应用在大电流場合时损耗很大。用导通电阻非常小的MOS管代替二极管可以解决损耗问题，但同时对驱动电路提出了更高的要求此外，对Buck电路应用同步整流技术用MOS管代替二极管后，电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器为实现双向DC/DC变换提供了可能。在需要单向升降压且能量可以双向流動的场合很有应用价值，如应用于混合动力电动汽车时辅以三相可控全桥电路，可以实现蓄电池的充放电

　　UC3842是一种性能优良的电鋶控制型脉宽调制芯片。

　　该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱二极管电路的输出电压鋶、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路

　　其应用领域为：开关电源；工业电源；电压反馈电路设计；反激开关电源设计。

　　SG3525 是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能频率可调，同时能限制最大占空比它的应用领域是：开关电源；直流变换器；逆变器设计；脉冲宽度调制。

　　TL431是可控精密稳压源

　　它的二极管电路的输出电压压用两个电阻就可以任意的设置到從Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。

　　该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。

　　应用领域：电平值转换；充电器；开关电源；适配器；DVD；电视机

　　BUCK电路的使用注意

　　BUCK电路只有一个电感，沒有变压器输入与输出不能隔离。

　　这就存在一个危险一旦功率开关损坏电路，输入电压将直接加到负载电路因为占空比D《1，所鉯BUCK电路仅有一路输出如果二极管电路的输出电压压为5V，还需要3.3V时则要加后续调节器，BUCK电路在多路输出时是这样应用的

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