buck电路原理分析

*直流变换的分类*理想直流应具备的性能

BUCK电路分析

Made By 2007年4月28日

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*直流变换的分类*理想直流应具备的性能

第一节：概述

定义DC-DC：只对直流参数进行变换的电路一般结构：

一.1.降压电路2.

升压电路升降压电路

uo<uduo>uduo<ud

或

uo>ud

2

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单向限电路U

0,I0均为一个方向3.

双向限电路U I

0和四象限电路

0其中之一改变方向U0,I0均改变方向

单相电路:只有一个电路

4.

m相电路:有m个基本电路,

采用时分复用的方法

二.理想直流变换应具备的性能

1.输入输出端的电压均为平滑直流,无交流谐波分量2.输出阻抗为零

3.快速动态响应,抑制能力强4.高效率小型化

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三.Application

3.1.Driving:电车,地铁,电动汽车,火车3.2.直流电机调速系统,3.3.照明,氙灯ballast

3.4.switching power supply,Eg.Adapter,VRM四.Typical topologies:Buck,Boost,Buck-Boost, Cuk

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第二节:单象限降压型电路

一.电路

T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT),当t∈[0,DT]时,T导通D:续流二极管L0和C0组成

LPF

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二.工作原理

当t∈[0,DT]时,控制信号使得T导通,D截止,向L0充磁,向C0充电当t∈[DT,T]时,T截止,D续流,U0靠C0放电和L0中电流下降维持三.假设:

1.T,D均为理想器件

2.L0较大,使得在一个周期内电流连续且无内阻3.直流输出电压U0为恒定4.整个电路无功耗5.电路

已达稳态

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四.电路各点的波形

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五.电路分析

1.电感电流iL表达式

t↑,iL↑储能(1)

∧

Ud U0

当t=DT时, iL(t)达到最大值,IL=IL(0)+DT(2)

L

∧U0

(t DT),t↑,C和L放能(3)当t∈[DT,T]时,iL(t)=IL

当

t∈[0,DT],iL(t)=IL(0)+

d

U

UL0

t

L0

当t=T时, iL(t)达到最小值IL由于电路达到了稳态,IL=

IL(0)

∨

∨

U0

IL=IL (T DT)(4)

L0

∨

∧

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所以(2)式改写为:IL=I

∧∨L

+

U

d

UL0

DT

(5)

2.伏秒平衡定律的证明：

Ud U0

电流增量： I=IL IL=DT

L0

∧

∨

U0

由式（4）得到： I=IL IL=(T DT)

L0

∧

∨

（6）

所以有

Ud U0U0

DT=(T DT)L0L0

(7)(8)

得：(Ud U0)DT=U0(T DT)

∧

∨

这就是电感的伏秒平衡，实际是对uL的积分，即平均值为零平均电流

IL+ILI0=

2

(9)

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3.输出电压增益

U由(8)式得:0Uo

AV=

Ud

输出电压平均值输入电压平均值AV

=U=D当D改变,Ud

U0改变0=DUd

(10)

4.输入电流平均值Id

输出电压

Pd=IdU

d

=0

电流

I10=D

Id

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5.输出电压纹波分析

当C→∞,U=const,但C

o为有限值

00iL=iC

电电流

情况1:iL>I0,iC>0,C充

电情况2:iL<I0,iC<0,

C放电

iC=iL I0

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1(1 D)

当t∈[DT,DT+T]时,电容充电,其电荷量为Q

22

DT+

Q=

(1 D)

T2

L

1

在t∈[DT,DT]时,阴影部分的面积为:

11112S1=[ IL×DT]= ILDT

1

DT2

∫idt

实际上就是图I中的阴影部分的面积

L

1

在t∈[DT,DT+D0T]时,阴影部分的面积为:

2

2228

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S1122)×(1D1

2=[( IL0T)]= ILDQ=S120T

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IL

1+S2=8 ILDT+8 ILD0T=8T

UQ IL

0=C=T

08C0

把式 I=U0L(1 D)T代入上式得: U ILU02

0=8CT=LD0T

008C00所以当 U0与U0给定后

CD0U0

0=8L2

0f U0

当DC=D0HU0

OM

0最大时,用D0H,

C0的最大值COM为8L2

0f U0

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6.保持电流连续的临界电感值由iL的图形可知,由(7)式可知I∨

=I IL

U00 2=I0 2LD0T

当I∨

=0时,

iL电流处于临界连续状态

IU0

0=2LD0T

0K

∴LU0D0TR0D0T

0k=I =

022

当D0取最大值时,D0=D0H,L0K=L0kmL0=

R0D0HT

km

2

当L0>L0km时,

iL

处于连续状态15

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六.电流断续时的状况1.求Av

根据伏秒平衡律:

(Ud U0)DT=U0DPTUdD=(D+Dp)U0U0DAV==

UdD+DP

2.求Dp

U0

I=DPT

L0

∧

1∧

I(D+DP)T∧

U01平均电流:I0==I(D+DP)=DPT(D+DP)

T22L0

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