一文理解BUCK電路的降壓原理

前段時間講過了BOOST電路，現(xiàn)在該輪到講BUCK電路了。

BUCK電路和BOOST電路用到的器件幾乎一樣，如果理解了BOOST電路的升壓原理，其實BUCK的降壓原理也是很容易理解的。

下面簡單的講一下BUCK電路。

圖示為簡單的BUCK電路圖。

此電路具有電源，開關(guān)管，電感，二極管 電容，負(fù)載電阻器件。

其中，開關(guān)管選用的為MOS管，也可以選擇三極管。其源極接PWM波。PWM的高低起伏控制著MOS管的導(dǎo)通與斷開。

電感：可以將電能轉(zhuǎn)換為磁能存儲起來，也可以將磁能轉(zhuǎn)換為電能進行釋放。在整個電路中，需要注意到以下兩點：

1 電感在進行儲能與釋放能量時，其極性會發(fā)生反向。

2 電感電流不能突變，其只能線性放大和減小。這個從電感的公式Ldi/dt=U就能看出來。

電容：具備儲能與釋放能量的特點，與電感相反，其極性不會發(fā)生變化。當(dāng)外部電壓大于電容電壓時，其進行充電，當(dāng)外部電壓小于電容電壓時，其開始放電。

二極管：具有單向?qū)?，反向截止的特性。部分電路中，也有將此二極管改為MOS管的，我們稱之為同步BUCK電路。然而我們今天要講的是異步BUCK電路。

為了更好的講解電路，還是分為兩個階段進行講解。

下面以理想狀態(tài)下，對電路進行分析。

MOS管導(dǎo)通

當(dāng)MOS管導(dǎo)通時，電流流向如圖所示。

此時V1為整個電路進行供電，電感L1將電能轉(zhuǎn)換為磁能進行儲能。其極性表現(xiàn)為左端正極，右端負(fù)極。電容此階段開始充電。電路輸出電壓UO1。電感兩端的壓差等于V1- UO1。

MOS管斷開

當(dāng)MOS管斷開時，電流流向如圖所示。

此時電感相當(dāng)于電池，對外進行放電。因為電感電流不能突變，所以流經(jīng)電感的電流流向不變。極性發(fā)生變化，表現(xiàn)為左負(fù)右正。此時二極管起到了續(xù)流的作用。此時輸出電壓為UO2。

UO1= UO2。

當(dāng)開關(guān)閉合與斷開的瞬間，電感極性會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時負(fù)載由電容供電。

前面我們提過，電感的秒伏定理。根據(jù)電感的秒伏定理可知：

UO2(1-D)T= (V1-UO1)DT

即簡化一下：UO1(1-D)=(V1- UO1)D

UO1=DV1

因為D永遠小于1，所以UO1永遠小于輸入電壓V1。

為了更好的明白BUCK電路，我們可以這樣理解。假設(shè)我們想要指定的電壓Uo輸出。

在MOS管閉合時，因為電感電流不能突變，其右端電勢也只能隨著電源供電儲能，右端電勢從0V逐漸升高，當(dāng)升高至Uo以上時，MOS管瞬間斷開，停止輸出電壓的繼續(xù)升高，此時輸出電壓略高于設(shè)定值。

在MOS管斷開后，其開始釋放能量，當(dāng)右端輸出電壓低于Uo時，MOS管瞬間再閉合，阻止輸出電壓的繼續(xù)下降。

來回反復(fù)的循環(huán)，使得輸出電壓始終保持在Uo上下輕微的徘徊，而這種徘徊的壓差可以理解為我們常說的紋波值。其可以通過調(diào)整輸出電容的參數(shù)來降低紋波，保持穩(wěn)定的輸出電壓。

由于二極管以及MOS管都為非理想狀態(tài)，所以輸出電壓與上述公式計算存在偏差。所以。為講究效率，二極管以及MOS管 電感的選擇也是非常的重要的，后面的文章我再進行講解。