5分鐘讀懂Buck電路——簡潔而不簡單
出處:EEWorld 發(fā)布于:2022-07-25 14:56:34 | 5110 次閱讀
uck、Boost、Buck-Boost作為直流開關(guān)電源中應(yīng)用廣泛的拓撲結(jié)構(gòu),屬于非隔離的直流變換器。本期將對其中的Buck電路展開詳細介紹。
降壓式(Buck)變換器是一種輸出電壓≤輸入電壓的非隔離直流變換器。Buck變換器的主電路由開關(guān)管Q,二極管D,輸出濾波電感L和輸出濾波電容C構(gòu)成。
Part 1 開關(guān)整流器基本原理
導通時間
關(guān)斷時間
在[0,Ton]期間,開關(guān)導通;在[Ton,Ts]期間,Q截止。設(shè)開關(guān)管開關(guān)周期為Ts,則開關(guān)頻率fs=1/Ts。導通時間為Ton,關(guān)斷時間為Toff,則Ts=Ton+Toff。設(shè)占空比為D,則D=Ton/Ts。改變占空比D,即改變了導通時間Ton的長短,這種控制方式成為脈沖寬度調(diào)制控制方式(Pulse Width Modulation, PWM)。
Buck電路特征
輸出電壓≤輸入電壓
輸入電流斷續(xù)
輸出電流連續(xù)
需要輸出濾波電感L和輸出濾波電容C
Part 2 傳說中的“伏-秒平衡”
伏秒原則,又稱伏秒平衡,是指開關(guān)電源穩(wěn)定工作狀態(tài)下,加在電感兩端的電壓乘以導通時間等于關(guān)斷時刻電感兩端電壓乘以關(guān)斷時間,或指在穩(wěn)態(tài)工作的開關(guān)電源中電感兩端的正伏秒值等于負伏秒值。
在一個周期 T 內(nèi), 電感電壓對時間的積分為 0,稱為伏秒平衡原理。正如本文開頭視頻中指出,任何穩(wěn)定拓撲中的電感都是傳遞能量而不消耗能量, 都會滿足伏秒平衡原理。
Part 3 同步整流死區(qū)時間
同步整流是采用極低導通電阻的的MOSFET來取代二極管以降低損耗的技術(shù),大大提高了DCDC的效率。
物理特性的極限使二極管的正向電壓難以低于0.3V。對MOSFET來說,可以通過選取導通電阻更小的MOSFET來降低導通損耗。
在開關(guān)電源系統(tǒng)中,死區(qū)時間(Dead Time)是指為了避免兩個晶體管開關(guān)同時導通而引入的屏蔽時間。
連接的兩個晶體管開關(guān)通過交互地閉合和關(guān)斷來決定線圈中電流的增減。為避免兩個晶體管同時導通造成不必要的電流浪涌,即需控制電路在開關(guān)動作引入死區(qū)特性。在死區(qū)時間內(nèi),需要完成對已導通晶體管的關(guān)斷和另一晶體管的導通。
死區(qū)時間
設(shè)置必要的死區(qū)時間以防止短路。
死區(qū)時間越小,體二極管傳導越少。
死區(qū)時間越小,損耗越小,效率越高。
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