dc-dc降压电路原理图 BUCK电路简介和工作原理

时间:2023-11-20来源:佚名

BUCK电路简介

BUCK电路是一种基于电感储能原理的DC-DC变换器,其涉及到物理中的电磁感应和电能转换的基本原理。在BUCK电路中,通过控制输入占空比可变的PWM波切换开关管的导通和断开状态,将输入电源提供的直流电压转换为可调的低电压输出,从而满足不同电路的供电需求。

具体来说,BUCK电路中的电感在导通状态下,将电流通过电感中心核心的磁场转化为磁能,并将磁能存储在电感中。而在断开状态下,由于电感的自感作用,磁场会产生电压,将电磁能转化为电能,并通过输出端向负载供电。因此,通过控制开关管的导通和断开状态,实现了电能在电容和电感之间的周期性转换和调节,最终输出稳定的直流电压。

此外,BUCK电路中的电容起到平滑输出电压的作用,通过在开关管导通状态下储存电能,在断开状态下释放电能,平滑输出电压波动。同时,为了确保稳定输出电压,BUCK电路通常采用负反馈控制,通过对输出电压进行采样,反馈给微控制器,然后微控制器调节输出的PWM波的占空比,控制开关管的导通时间和断开时间,使得输出电压保持在预定范围内。

BUCK电路的基本拓扑:

dc-dc降压电路原理图 BUCK电路简介和工作原理

BUCK电路工作原理四个阶段

BUCK电路的工作原理可以分为四个阶段:

导通阶段:当开关管导通时,电感储存电能,电容充电。

关断阶段:当开关管关闭时,电感和电容之间的能量被传递到负载上,此时电感中的电流仍然存在,它会继续流向负载。

自由轮振荡阶段:在电感电流流向负载后,开关管关闭,此时电感中的电流无法立即消失,因此电感中的能量会反向传回开关管,驱动二极管导通,这个过程称为自由轮振荡。

重复阶段:上述三个阶段重复进行,控制开关管导通的占空比可以通过PWM控制器调整,从而实现输出电压的稳定调节。

BUCK电路输入电压与输出电压的数学关系式:

Vout = Vin x D

其中,Vout为输出电压,Vin为输入电压,D为开关管的占空比,即PWM波的高电平时间与周期之比。

如果考虑到开关管的导通损耗和电感、电容等元件的等效电阻,还需要引入一个效率因子η,得到如下的修正关系式:

Vout = Vin x D x η

其中,η为效率因子,通常在0.8到0.95之间。

需要注意的是,BUCK电路的输出电压通常不能高于输入电压,因为其基本工作原理是通过降压转换实现稳定的输出电压。因此,如果需要得到更高的输出电压,需要使用升压(BOOST)电路或者其他升压转换电路。

dc-dc降压电路原理图

降压式(Buck)变换器是一种输出电压≤输入电压的非隔离直流变换器,Buck变换器的主电路由开关管S1,二极管D,输出滤波电感L和输出滤波电容C构成,基本工作原理如下:

dc-dc降压电路原理图 BUCK电路简介和工作原理

当开关管S1闭合时,电感L被充磁储能,流经电感的电流线性增加,同时给电容C充电,给负载RL提供能量(如左图所示),此时Vout电压缓慢上升,若S1一直闭合则最终Vout会(jìn)似等于Vin电压(S1有耗损压降);

当开关管S1关断时,储能电感L通过续流二极管D放电,电感电流IL线性减少,输出电压Vout靠输出电容C放电Ic以及减小的电感电流IL维持(如右图所示)缓慢下降,若S1一直保持关断,则Vout会最终降至0V;

按上述描述,Buck输出电压Vout曲线(jìn)似如下左图所示:

dc-dc降压电路原理图 BUCK电路简介和工作原理

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