Buck電路和Boost電路的工作原理

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電路原理

01Buck電路原理

Buck電路，也就是常說(shuō)的降壓電路，為直流進(jìn)-直流出。電路沒(méi)有變壓器，輸入輸出公共一個(gè)地。下圖為Buck電路的簡(jiǎn)化示意圖。

1.MOS管Q開(kāi)通時(shí)，電流流向如下圖紅色箭頭所示。

從左邊的Vin的正極出來(lái)，經(jīng)過(guò)MOS管Q，在經(jīng)過(guò)電感Lf，在電感Lf兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)左正右負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)時(shí)候他用來(lái)存儲(chǔ)能量。再過(guò)來(lái)會(huì)給負(fù)載Vo供電。同時(shí)，Vin會(huì)給Cf電容充電。最后電流在回到Vin的負(fù)極。此時(shí)二極管D沒(méi)有電流流向，不導(dǎo)通。

2.MOS管Q關(guān)斷時(shí)，電流流向如下圖箭頭所示。

在電感Lf兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)左負(fù)右正的反向電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)，電感Lf釋放能量，會(huì)通過(guò)負(fù)載Vo經(jīng)二極管D形成一個(gè)通路。此時(shí)二極管D是起續(xù)流作用。同時(shí)，Cf電容會(huì)給負(fù)載Vo放電。

3.Buck電路占空比

下圖為磁性物質(zhì)的磁滯回線。電感、磁棒都屬于磁性物質(zhì)。磁滯回線表示磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化時(shí)，強(qiáng)磁性物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線。他表明了強(qiáng)磁性物質(zhì)反復(fù)磁化過(guò)程中磁化強(qiáng)度M或磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系。

伏秒值:伏秒積，即電感兩端的電壓V和這段時(shí)間T的乘積。

伏秒值平衡:伏秒平衡一般用在開(kāi)關(guān)電路中。當(dāng)開(kāi)關(guān)電路穩(wěn)定工作的時(shí)候一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感的電流變化量最終為零。即開(kāi)關(guān)開(kāi)通的時(shí)候，經(jīng)過(guò)電感的電流增加量和開(kāi)關(guān)關(guān)斷的時(shí)候，電感的電流減少量是相等的，即:△ITon=△IToff。

電感的電壓公式:V=L*di/dt=L*△I/△T，所以V(導(dǎo)通)*△Ton=V(關(guān)斷)*△Toff，即伏秒平衡。

在Buck電路中，如下圖，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候，磁芯激磁，電感電流增加。開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，磁芯去磁，電感電流下降。

如下圖，根據(jù)伏秒值平衡原則，(VinVo)Ton=VoToff;Vo=Vin*D;D=Vo/Vin。

實(shí)際占空比:D1=Ton/T

Ton:開(kāi)通時(shí)間;T:周期。

理論上Buck電路占空比可以在0-100%變化。

實(shí)際占空比理論占空比要大一些。因?yàn)槔碚撜伎毡?，沒(méi)有考慮開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，還有續(xù)流二極管導(dǎo)通時(shí)的壓降。

02Boost電路原理

實(shí)現(xiàn)升壓的本質(zhì)是電壓的疊加(歐姆定律);

首先MOS管S閉合，電壓源Vin會(huì)對(duì)電感進(jìn)行充電，充完之后電感上有持續(xù)的電流(電感特性:電感上的電流不會(huì)發(fā)生突變)。

當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的瞬間，電感上面依然是有電流的，有電流就以為著電感兩端會(huì)有電壓，這時(shí)電感電壓與電源電壓疊加就完成了后級(jí)電壓輸出比前級(jí)高。

這個(gè)電壓不是在某一個(gè)階段完成的，他是在整個(gè)周期里面，很多個(gè)周期進(jìn)行不斷的疊加不斷的循環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)了從一個(gè)較低的電壓，升到一個(gè)較高的電壓。

核心:電感進(jìn)行了儲(chǔ)能，而后通過(guò)后級(jí)電路進(jìn)行釋放，在不同周期里面往返重復(fù)最終實(shí)現(xiàn)了一個(gè)穩(wěn)定的電壓輸出。