硬件系统工程师宝典(30)-----降压式Buck电路分析
kuaidi.ping-jia.net 作者:佚名 更新日期:2024-08-17
欢迎来到电子工程探索之旅,继续我们的《硬件系统工程师宝典》系列课程。今天,我们将深入解析DC/DC转换中的经典电路——降压式Buck电路,它以其高效和宽广的稳压范围而备受青睐。
降压式Buck电路详解
Buck电路,又名串联开关稳压电路,其基本结构如图(a)所示,为了提升效率,通常采用高速FET。电路工作模式分为连续电流模式(CCM)和断续电流模式(DCM)。在CCM中,如图(b)和(c)所示,电感电流始终为正,而DCM则在开关管关闭时短暂出现零电流,如图(d)所示。
工作状态分析
在电感电流连续模式下,如下的波形图揭示了电路的工作动态(图未附):
- 开关状态1:当Q导通时,电流通过电感并增加,电流变化规律...
- 开关状态2:Q关断时,电感电流短暂降低,二极管导通以维持电流连续,电感电压...
- 通过分析,电流平衡要求Buck电路的输出电压平均值与占空比δ成正比,最大输出电压受输入限制。
纹波电压控制与设计要素
为了减小纹波,除了输入输出电压,增大储能电感L和滤波电容C至关重要。提高工作频率f也有助于降低纹波,但会增加开关损耗。电感电流断续模式(图未附)则在电感储能不足时发生。
设计步骤
设计降压式Buck电路时,以下步骤不可忽视:
- 选择合适的续流二极管VD,考虑其工作电流、耐压,留有余量。
- 确定开关频率,一般选择20kHz以上,以避免音频干扰,但需平衡频率提高带来的损耗与效率问题。
- 选择MOSFET、IGBT或GTR作为开关管。
- 合理设定占空比,保持输出电压稳定,常见选择0.7。
- 计算临界电感,一般取其10倍。
- 根据负载需求选择电容,确保耐压并能处理瞬态电流。
- 纹波电压要求决定了电容容量的确定。
- 导线的选择要满足电流有效值(RMS)需求,计算方法...
- 依据电流有效值和工作频率计算导线截面积和线路配置。
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