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buck電路簡介

時間:2018-11-06 12:40:17來源: 作者: 點擊:
  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,取決于開關頻率、濾波電感L和電容C的數值。
  B

  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,取決于開關頻率、濾波電感L和電容C的數值。
  BUCK也是DC-DC基本拓撲,或者稱為電路結構,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定,會受到負載和外部的干擾,當加入PID控制器,實現閉環控制。
  可通過采樣環節得到PWM調制波,再與基準電壓進行比較,通過PID控制器得到反饋信號,與三角波進行比較,得到調制后的開關波形,將其作為開關信號,從而實現BUCK電路閉環PID控制系統。
  BUCK電路的參數計算
  電感的參數
  電感的選擇要滿足直到輸出最小規定電流時,電感電流也保持連續。
  在臨界不連續工作狀態時:


  所以

       越大,進入不連續狀態時的電流就越小。
  電容的參數
  電容的選擇必須滿足輸出紋波的要求。
  電容紋波的產生:
  1. 電容產生的紋波: 相對很小,可以忽略不計;
  2. 電容等效電感產生的紋波:在300KHZ~500KHZ以下可以忽略不計;
  3. 電容等效電阻產生的紋波: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電路的結構
  將快速通斷的晶體管置于輸入與輸出之間,通過調節通斷比例(占空比)來控制輸出直流電壓的平均值。該平均電壓由可調寬度的方波脈沖構成,方波脈沖的平均值就是直流輸出電壓。
  Q導通:
  輸入端電源通過開關管Q及電感器L對負載供電,并同時對電感器L充電。電感相當于一個恒流源,起傳遞能量作用。電容相當于恒壓源,在電路里起到濾波的作用。
  Q閉合:
  電感器L中儲存的能量通過續流二極管D形成的回路,對負載R繼續供電,從而保證了負載端獲得連續的電流。


  從電路可以看出,電感L和電容C組成低通濾波器,此濾波器設計的原則是使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,一個開關周期內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。
  電路穩態工作時,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,這就是開關電路穩態分析中的小紋波近似原理。
  一個周期內電容充電電荷高于放電電荷時,電容電壓升高,導致后面周期內充電電荷減小、放電電荷增加,使電容電壓上升速度減慢,這種過程的延續直至達到充放電平衡,此時電壓維持不變;
  反之,如果一個周期內放電電荷高于充電電荷,將導致后面周期內充電電荷增加、放電電荷減小,使電容電壓下降速度減慢,這種過程的延續直至達到充放電平衡,最終維持電壓不變。
  這種過程是電容上電壓調整的過渡過程,在電路穩態工作時,電路達到穩定平衡,電容上充放電也達到平衡,這是電路穩態工作時的一個普遍規律。
  開關S置于1位時,電感電流增加,電感儲能;而當開關S置于2位時,電感電流減小,電感釋能。假定電流增加量大于電流減小量,則一個開關周期內電感上磁鏈增量為:
  ΔΨ=L(Δi)>0
  此增量將產生一個平均感應電勢:
  u=ΔΨ/Τ>0
  此電勢將減小電感電流的上升速度并同時降低電感電流的下降速度,最終將導致一個周期內電感電流平均增量為零;一個開關周期內電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。
  這種在穩態狀況下一個周期內電感電流平均增量(磁鏈平均增量)為零的現象稱為:電感伏秒平衡。這也是電力電子電路穩態運行時的又一個普遍規律。
  BUCK的應用電路
  BUCK電路主要應用于低壓大電流領域,其目的是為了解決續流管的導通損耗問題。采用一般的二極管續流,其導通電阻較大,應用在大電流場合時,損耗很大。用導通電阻非常小的MOS管代替二極管,可以解決損耗問題,但同時對驅動電路提出了更高的要求。此外,對Buck電路應用同步整流技術,用MOS管代替二極管后,電路從拓撲上整合了Buck和Boost兩種變換器,為實現雙向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的場合,很有應用價值,如應用于混合動力電動汽車時,輔以三相可控全橋電路,可以實現蓄電池的充放電。
  uc3842


  UC3842是一種性能優良的電流控制型脈寬調制芯片。
  該芯片集成了振蕩器、具有高溫補償的高增益誤差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電流、輸入和基準欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路。
  其應用領域為:開關電源;工業電源;電壓反饋電路設計;反激開關電源設計。
  SG3525


  SG3525 是一種性能優良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片,它簡單可靠及使用方便靈活,輸出驅動為推拉輸出形式,增加了驅動能力;內部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器,有過流保護功能,頻率可調,同時能限制最大占空比。它的應用領域是:開關電源;直流變換器;逆變器設計;脈沖寬度調制。
  TL431


  TL431是可控精密穩壓源。
  它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設置到從Verf(2.5V)到36V范圍內的任何值。
  該器件的典型動態阻抗為0.2Ω,在很多應用中用它代替穩壓二極管,例如,數字電壓表,運放電路,可調壓電源,開關電源等。
  應用領域:電平值轉換;充電器;開關電源;適配器;DVD;電視機。
  BUCK電路的使用注意
  BUCK電路只有一個電感,沒有變壓器,輸入與輸出不能隔離。
  這就存在一個危險,一旦功率開關損壞電路,輸入電壓將直接加到負載電路,因為占空比D《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,則要加后續調節器,BUCK電路在多路輸出時是這樣應用的。

 

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