Buck电路原理分析详解

图一
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。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。
Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析 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。等效电路如图二
通过上述参数定义以及计算，可以得到相关参数的理论值：

参照图八，可以得出仿真结果，

Buck电路原理分析
蓝色：电感电流 红色：电感电压
绿色：开关驱动
棕色：输出电压
图八
Buck电路原理分析
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：







由图十的仿真波形可以得出，消磁时间












Buck电路原理分析
蓝色：电感电流 红色：电感电压 绿色：开关驱动 棕色：输出电压
图十
Boost电路 Buck-Boost电路
Boost电路 Buck-Boost电路
间。根据伏秒积平衡有：







同样，在一个周期对电感电流进行分析：


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Buck电路原理分析
四、外为参数对系统工作模式的影响：
图六
Buck电路原理分析
四、外为参数与系统工作模式的关系：
参考图六，在一个周期对电感电流进行分析：









即







当Q管导通时
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BUCK电路工作原理分析
目录:
1. BUCK电路原理图 2. BUCK电路工作原理 3. Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM 4. BUCK电路外围参数与系统工作模式的关系 5. BUCK电路仿真验证
Buck电路原理分析
一、Buck电路原理图









参照图九，可以得出仿真结果，








Buck电路原理分析
蓝色：电感电流 红色：电感电压
绿色：开关驱动
棕色：输出电压
图九
Buck电路原理分析
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。
五、BUCK电路仿真验证：
图七
Buck电路原理分析
上述电路中基本参数设置：
驱动波形：V=14V, f=20KHz,D=50%；输入电压：Vin=10Vdc；储能电感：L=80uH 1、BCM模式仿真验证：根据电路系统工作在BCM模式下的条件,进行理论计算，


因此，电阻可定义为


→




, T为工作周期，D为占空比： 为Q管导通时间，所以，



①
伏秒积平衡 即
开关管Q1关断时，同理根据KVL定律：
忽略二极管 的正向压降，有




②
①＝② ，可以得出：

Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
即


















Buck电路原理分析
四、外为参数与系统工作模式的关系：
1、如果工作在DCM模式，则令

，

即




，

2、如果工作在BCM模式，则令

即




> ，
3、如果工作在CCM模式，则令


即









Buck电路原理分析
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：关键点原件波形见图四
图四
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Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM Mode：
开关管Q1导通时，根据KVL定律：

即

图二
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Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析 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 L 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 效电路如图三
N
图三
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1、CCM Mode：
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。参照图四电感电流波形，一个周期内面积为




所以，平均电流


Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
2、BCM Mode：关键点原件波形见图五
图五
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
2、BCM Mode： 参照图四与图五电感电流的波形，可以得知电感最小电流逐渐减小到零 时，工作模式也逐渐从CCM进入BCM。根据伏秒积平衡 ：









同样，在一个周期进行分析，


Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode：关键点原件波形见图六
图六
Buck电路原理分析
三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM
3、DCM Mode： 由图六可知，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