本帖最后由 电子阔少 于 2021-8-9 20:54 编辑

在DCDC拓扑结构中,最常用的一个基本电路是Buck电路,又称降压电路,也是比较常用DCDC转换电路,本质上这种电路的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。

作为一个比较常用的DCDC电路,搞懂这种电路的基本原理是怎样的,特别是搞懂BUCK电路开关管导通和截止时的能量是如何转换到负载的,对我们正确使用设计和使用这种DCDC基本电路,为我们的电子产品正确合理供电有很大帮助,下面我们就分析BUCK电路开关管导通和截止时的能量问题。


一,我们先说一下Buck电路工作原理,如图1工作原理框图是这样的,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,同时电容C1充电,给负载R1提供能量。
Buck电路的基本原理图如图1。



360截图20210808161043918.jpg
图1
Buck电路的基本原理图

二,那么,Buck电路作为一个开关电源主回路,它在降压的工作过程中,开关管导通、截止两种情况下,电源的能量是如何转换到负载上去的呢?


至于开关管是如果导通、关断的,其实网上有很多文章在讨论,我们今天就只讨论开关导通和截止情况的能量转换过程。
先把原理图中的几个元件几个具体工作国产说一下。

在图1中的电路原理中,我们知道电路的主要元件有开关管VT,这个开关管相当于一只快速开关,开关管VT的导通、关断,由稳压电路根据输出电压变化情况进行控制;


图中的L作为滤波、储能电感,是主要的换能元件,它的特点是在电路中总是阻碍电流的变化,线路中电流增大时,产生与电源方向相反的自感电动势,阻碍电流的增大,并储存能量,线路中电流下降时,电感中储存的能量向外电路释放,以维持原电流方向,阻碍电流的减小,正是这种特性,维持了开关管关断期间电路中电能转换的持续;

图1中的VD作为续流二极管,开关管关断时,电感的自感电动势反向,二极管导通,为电感放电提供通路;
图中的C作为输出滤波电容,为开关管导通期间充电,并为电源滤波,开关管截止期间放电,持续为负载提供电能。

360截图20210808164606614.jpg

图2 电路模型

三,下面来看它的贡献值过程开关管导通时,如图3,这是它的电流路径,形成两个电流回路:一是电源正极-电感-负载-电源负载;二是电源正极-电感-电容-电源负极。

360截图20210808170130038.jpg

图3开关管导通时的电流路径


四,开关管截止时, 如图4,这是它的电流路径图,开关管截止时,电感、电容均能储存有电能,其中电感中的自感电动势要反抗电流的减小,其自感电动势反向变为右端为正,这时也形成两个电流回路:一是电感放电回路,电流路径是,电感右端-负载-续流二极管-电感左端,二是电容放电回路,电流路径是,电容正极-负载-电容负极,开关管在孔电路的驱动下,每导通、关断一次,就重复一次上述过程,维持负载端电压不变。

360截图20210808170436160.jpg

图4开关管截止时的电流路径

通过以上对于BUCK电路的导通和截止的电流路径进行直观的分析,我们对BUCK电路开关管导通和截止时,能量是如果转换到负载上的,有了大致的了解。

当然,电路中的最重要的器件是开关管,开关管只有两种状态,要么完全导通,要么完全关断,理论上没有中间状态。导通时管压降为0,关断时导通电流为0。当然,对于BUCK降压拓扑电路开关管的通断,要考虑系统工作在稳定状态的情况。在稳定的条件下,系统占空比恒定,电感平均电流在相邻的开关周期是相等的,也等于负载电流。由于相邻周期平均电流相等,占空比也不变,配合作图可以直观地看出,通断期间电感电流增量的绝对值相等。也可以根据这两个前提,配合电感电流公式作出证明。

如何控制开关管的通断,会在以后介绍。