电源设计之BUCK电路

电源设计_BUCK电路（一）

基本概念

BUCK电路：又称为降压电路。其基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压，输入电流是脉动的，输出电流是连续的。

工作原理

另外还有BOOST和BUCK-BOOST电路，这里暂不做分析，降压电路的基本拓扑结构如下：（Vout《Vin）

图一

当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容C1充电，给负载R1提供能量。等效电路如下图

图二

当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1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C1放电以及减小的电感电流维持，等效电路如下图。

图三

工作模式

buck电路有三种工作模式：CCM，BCM、DCM。

1、CCM Mode （连续模式）：电流从某一非零值上升，电感电流的峰峰值的最小值大于0。

图四

开关管Q1导通时，根据KVL定律：

负载电流Io与电感电流的关系，在一个周期内进行分析，负载电流即为在一个周期内电流的平均值，参考图四，电流的平均值在数学上的表达式为：

即在一个周期内电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期为电流的平均值，参考图四电感电流波形，一个周期内面积为

由上得出平均电流为

2、BCM MODE（临界导通模式）：电流从零值上升，电感电流的峰峰值的最小值等于0

图五

参照图四和图五的电流电感的波形，可以得知电感最小电流逐渐减小到0时，工作模式也逐渐从CCM进入BCM，根据伏秒积平衡：

同样的在一个周期内进行分析：

3、DCM mode（断续模式）：一个周期内不是一个完整的三角波，有一段时间电感电流的值为0

图六

从图六可知，电路系统工作在DCM模式下，需要满足两个条件：

一、电感充磁开始以及消磁结束时流经电感的电流为零

二、电感消磁时间小于开关管关断时间。

根据伏秒积平衡：

在一个周期对电感电流进行分析：

外围参数对系统工作模式

一、外围参数对系统工作模式的影响

图七

二、外围参数对系统工作模式的关系

参考图七在一个周期内对电感电流进行分析，

BUCk电路仿真验证

图八

上述电路中，驱动波形，V=14V。F=20kHZ，D=50%，输入电压Vin=10V,电感L=80uh.

1、BCM模式下仿真验证，根据电路系统工作在BCM模式下进行理论计算：

图九

2、CCM模式仿真验证：在上述BCM分析的基础上，得出储能电感的电感量80uH为临界点，由系统工作在CCM的条件，可以将储能电感电感量设置为120uH，理论计算

参照图十，可以得出仿真结果

图十

3、DCM模式仿真验证：在上述BCM分析的基础上，得出储能电感的电感量80uH为临界点，由系统工作在DCM的条件，可以将储能电感电感量设置为40uH。重点验证输入输出电压关系以及输出平均电流关系。

由图十一的仿真波形可以得出，消磁时间Td=16.311us，ILmax=2.353A ,Vo=6.12V

图十一