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BUCK电路介绍材料记录材料.docx

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1.1BUCK 电路的简介

串接晶体管的高功耗耗和笨重的工频变压器使得线性调整器

在现代电于应用中失去了重要地位。而且高功耗的串接元件需要

的大散热片和大体积储能电容增大了线性调整器的体积。

随着电子技术的发展，电路的集成化使得电路系统的体积更

小。一般的线性调整器输出负载的功率密度仅为 0.2~0.3W/in ，

不能满足电路系统小型化的要求。而且线性电源不能提供数字存

储系统所需要的足够长的保持时间。

取代线性调整器的开关型调整器早在 20 世纪 60 年代就开

始应用。一般的，这些新的开关电源使用开关晶体管将输入直流

电压斩波成方波。方波由占空比调节，并通过输出滤波，得到直

流稳压电源。

滤波器一般由电感和输出滤波电容组成。通过调节占空比，

可以控制经过电容滤波输出电压的平均值。而输出电压的平均值

等于方波的有效值。其基本拓扑如图 1.1.采用的是恒频的工作方

式，这种模式下的工作方式，功率开关管的通断频率 f 不变，即

周期 T 不变，通过调节占空比（

T /T

）来调节输出电压。

注：T /T 一般称为占空比，即一个周期内的导通时间

占周期 T 的百分比。在某些书中也可以采用

来表示。

)

T  T

OFF

为功率开关管的关断时间，

T  T  T

。

OFF

1.2 BUCK 电路的基本工作方式

1.2.1 BUCK 电路的基本框图，如图 1.1

图 1.1

1.2.2 BUCK 电路的基本工作方式

如图 1.1，MOS 管 Q 和直流输入电压 Vdc 串联,通过 Q 的

硬开通和硬关断，在 V 处形成方波电压。采用恒频控制方式，

占空比可调,Q 导通时间为 T 。

点电压也应为直流输入电压设 Q 导通，

Vdc

Q 导通时，V

压降为 0），电流流经串接电感 L，流出输出端。等效模型如图

1.2。

图 1.2

Q 关断时，电感 L 产生反电动势，使得 V

点电压，迅速

下降到 0，便变为负值直至二极管 D（因其续流作用而被称为“续

流二极管”）被导通，并钳位于-0.8V。等效模型如图 1.3。

图 1.3

如此重复的工作······

1.2.3 BUCK 电路的波形分析，如图 1.3

图 1.4（ａ）为 MOSFET 的 PWM 驱动波形 PWM，占空

比可调。

当 Q 导通时，V 点电压也应为直流输入电压 Vdc（设 Q

导通，压降为 0），当 Q 关断时，电感 L 产生反电动势，使得

V 点电压，迅速下降到 0，便变为负值直至二极管 D 被导通，

并钳位于-0.8V。此时假设二极管的导通压降为 0V，则 V 的波

形如图（b）所示。

当 Q 导通时，V 点电压直流输入电压 Vdc，由于 V 电压

低于 Vdc，电感 L 承受的电压为（Vdc-V ），因为 Vdc,V 电压

均为恒定值，所以电感两端的电压保持恒定，因此流经电感的电

流线性上升其斜率为

,L 为电感量，此时电感内

(Vdc Vo) / L

I / t 

部的电流变化如图 1.4（e）所示的上升斜坡，而 MOSFET 内部

的电流如图 1.4（c）所示。

当 Q 关断时，V 点电压，迅速下降到 0V（假设二极管的导

通压降为 0V），而电感的电流不能突变，电感产生反电动势以

维持原来建立的电流，若未接续流二极管 D，则 V 点电压会变

得很负以保持电感上的电流方向不变，但是此时续流二极管导

通，使得电感前端的电压比地电位低于一个二极管的导通压降。

此时电感上的极性反相，使得流经续流二极管 D 和电感 L

的电流线性下降，直到 MOSFET 关断结束时，回到电流初始值

Ia。因为 V 点电压被钳位于 1V（二极管的导通压降近似为 1V），

V 电压均为恒定值不变，所以电感 L 承受的电压为（V +1）V，

续流二极管 D 和电感 L 的电流下降斜率为

，续流二极管的电流变化如图 1.4（d）,

I / t （Vo 1）/ L (Vo 1) / L

电感的电流如图 1.4（e）。

根据基尔霍夫电流电流定律 KCL 可知 : 电感的电流等于

MOSFET 的电流，续流二极管 D 的电流之和，即 I =I +I 。根

据图 1.4（c）、（d）、（e）便可以看出。

注：电感的电流不能突变

以直流电压为例：开关闭合的瞬间，电感电流的变化趋势

是增加，此时电流变化率最大（从无到有），电感自感电势最强，

并且阻碍电流增加，所以电流就无法突然增加，即电流不会突变；

随着通电时间的增加，通过电感的电流转化成磁能存储起来，储

能饱和后，自感电势下降为零，电流达到最大值：Im=U/Lr，Lr：

线圈直流电阻。但是通常我们认为的“电感的电流不能突变”是

指通过线圈的电流。

图 1.４

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