《BUCK降压的原理简介》.ppt

BUCK降压的原理简介 几种基本类型的开关电源 1-1．几种基本类型的开关电源 开关电源： 利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。 开关电源一般有三种工作模式：1. 频率、脉冲宽度固定模式，2. 频率固定、脉冲宽度可变模式，3. 频率、脉冲宽度可变模式。 DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换多采用第一种工作模式。 以开关器件在电路联接方式分类：1.串联式开关电源（BUCK）、2. 并联式开关电源（BOOST）、3. 变压器式开关电源 （BUCK－BOOST）。 串联式开关电源 1-2-1．串联式开关电源 的工作原理 图1-1 a 图1-1 b 串联式开关电源输出电压的波形 Ui是开关电源的工作电压，即直流输入电压 K是控制开关 R是负载 K导通?输出Up/Ton(Up=Ui)?K截止?Up/Toff(Up=0) Ua是开关电源输出电压平均值 串联式开关电源 1-2-1．串联式开关电源输出电压滤波电路 因多数电源输出都是直流电压，因此，输出电路都带有整流滤波电路。 L是储能滤波电感 作用：Ton周期时，限制大电流通过，防止Ton时输入电压直接加到负载R上，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储。 Toff周期时,磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出 C是储能滤波电容 作用：Ton周期时，把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，Toff周期时，把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出 D是整流二极管 作用：主要功能是续流作用，故称它为续流二极管， Toff周期时，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。 串联式开关电源 1-2-1．串联式开关电源输出电压滤波电路 在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。 对于图1-2，如果不看控制开关K和输入电压Ui，它是一个典型的反г 型滤波电路，它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。 BUCK Convertor 基本操作 VD1 Vin-Vo -Vo Io D 1-D T 0 VL IL IS 0 0 0 Vs Q1 L D1 C R + + - Vs L D1 C R + + - Vs L D1 C R + + - Q1 Turn ON Q1 Turn OFF 连续模式下的BUCK电路各点波形 Continuous Mode VS. Discontinous Mode 在大多数BUCK应用中，电感电流在整个负载工作周期中都不会降到0点。 但在一些应用中，最大负载非常轻时，设计在非连续模式可以使用更小的电感值 VD1 Vin-Vo -Vo Io D 1-D T 0 VL IL IS 0 0 0 同步降压 VS. 非同步降压 对于更高负载电流的应用时，同步模式具有比非同步BUCK更高的效率 但同步模式需要解决一个OVER-SHOOT的问题， OVER-SHOOT就是Q1、Q2同时导通，此时Vs将产生一个很大的瞬间电流，这是不容许发生的 Vs Q1 L D1 C R + + - Vs Q1 L C R + + - Q2 同步降压 非同步降压 降压型转换器DUTY的确定 Vs Q1 L D1 C R + + - Vs Q1 L C R + + - Q2 Vout=D*Vs t Ts DTs 0 Vs Vsw(t) Fs=1/Ts=switching frequency 0 D 1 Vo Vs 输入电容器的设计考量 输入电容器的设计考量 输入电容器的设计考量 输入电容器的设计考量 输出电感的选择（ΔIL） IL(+) IL(+) IL(-) IL(-) IL IL ∵ ∴ IF 输出电感的选择（ΔIL） 输出电感的选择（L） 输出电容的选择（Cout） ■LC串聯諧振現象 输出电容的选择（Cout） ∵ ∴ But… 输出电容的选择（Cout） 输出电容的选择（Cout） ■ 選擇電容除了容值計算之外必須考慮ESR的大小。 ■為了降低ESR我們可以將電容並聯使用，一方面降低ESR；一 方面可增加電容量。 ■選擇電容必須注意溫度特性以及頻率特性。 ■電容所能承受的電壓以及交流電流也必須考量。 输出电容的选择（Cout） 内置开关FET、同步降压型DC/DC(G5626P11U设计实例）