BUCK开关电源-知识点纲要
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深入了解开关电源BUCK电路各个元器件课程介绍分析开关电源BUCK电路当中各个元器件的一些特点。
随着即将进入电路设计的阶段,我们要对元器件有深入的了解。
对于BUCK电路而言,负载电流跟电感电流是串联的。
是一个平均电源电流,但实际上电感电流是有纹波的,就是平均电压电流,它是一个平均值。
电流的纹波率直接决定电感的电流,电感的纹波的电流,纹波电流大小决定了电感量,也决定了电感的体积。
因此电流的纹波利确定的话,整个电感就确定了。
其他的一些电感参数就基本确定了。
将分为两章节课程来详细讲这些相关的参数,以及计算方式。
专栏课程学习获得:1. 通过举例讲解开关电源工作的方式.开关电源的工作原理.2. 通过举例开关电源工作方式与线性电源工作方式的区别.3. 分析和讲解为什么线性电源的效率比较低,开关电源的效率比较高?4. 讲解开关电源是如何实现能量转移的?以及如何实现稳定电压输出?如何进行调节的?为什么说输入电压的变化以及负载的变化会影响调节?为什么会有纹波的产生?为什么说速度响应是衡量开关电源的重要指标?5. 详细分析开关损耗是如何产生的?如何控制温升?温升对系统有哪些危害?6. 开关电源体积与频率的关系?以及开关电源的效率问题。
7. 开关器件的如何选择?详细分析MOSFET,IGBT,三极管各自的有点和缺点。
8. 详细推导开关电源的BUCK电路拓扑的过程。
9.引入重要模拟电路中重要器件:电感。
10. 详细讲解电感电压的的形成和公式计算,电感电压受什么参数影响?如何改变电感两端电压?11. 详细讲解电感电压的与电感中电流大小以及电流变化率的相互关系。
为什么说电感电。
Buck电源基础知识讲解
课程介绍开关电源对于传统的线圈电源而言,它的体积是极大的缩小了,而体积极大缩小的原因是得益于把能量拆分成一个个的包然后分解出来一个个去运输。
到了目的地后再把一个个包打开混合起来。
通过这种方式我们可以让运输工具变小,也就是变压器变小。
但这需要你的频率变高,也就是对应的载波频率越高。
载波频率越高那么要求开关器件的速度就越快。
而开关速度主要是由什么决定的呢?正是MOSFET决定的。
那么我们设计的这个Buck方案中对事件的最小开关时间是有要求的,这是第一点,第二点就是开关电源的频率是有要求的,虽然可以稍低一点,但是电感要大,开关频率低了带来的成本和体积也就增加了。
所以开关电源体积不宜太小,不然其优势就会变小。
学习获得:
学习隔离式反激开关电源设计
1、反激开关电源的设计思路,拓扑结构及原理框图讲解
2、驱动电路设计
3、经典驱动芯片UC3842 内部结构讲解
4、频率设计讲解
5、吸收电路设计及作用讲解
6、功率开关管MOSFET的开关速度,发热因素及选型讲解
7、输出电路设计
8、MOSFET选型,吸收电路器件选型,输出二极管选型,输入输出电容等重要器件参数计算。
9、电流环设计
10、电压环设计
11、经典基准电压源TL431 内部结构讲解
12、光耦的应用讲解
13、TL431、光耦组合电路参数计算。
buck电路1. 简介Buck电路是一种直流-直流(DC-DC)转换器,也称为降压转换器。
它可将高电压直流输入转换为较低电压直流输出。
Buck电路由开关器件(通常为MOSFET)和辅助元件(如电感和电容)组成。
Buck电路在许多电子设备中广泛应用,包括电源适配器、电动汽车、太阳能系统等。
Buck电路具有高效率、紧凑的尺寸和较低的成本等优点,因此成为DC-DC转换的常用选择。
2. 工作原理Buck电路基于开关定时的原理工作。
下面是Buck电路的基本工作原理:1.开关器件关闭状态:当开关器件(MOSFET)处于关闭状态时,输入电压(Vin)通过电感(L)和二极管(D)充电,形成一种电流。
2.开关器件导通状态:当开关器件导通时,电感储存的能量被释放,通过二极管和负载电阻(RL)供电。
此时,输出电压(Vout)取决于导通时间和电感电流。
3.控制方式:通过控制开关器件导通时间的长短,可以调节输出电压的大小。
典型的控制方式有PWM(脉宽调制)和PFM(脉冲频率调制)。
3. Buck电路的主要元件Buck电路由以下主要元件组成:•MOSFET开关器件:用于控制输入电压通过电路的通断状态。
•电感(L):用于储存能量,并平滑输出电流。
•二极管(D):与电感形成一个循环,用于导通电感储存的能量到负载电阻。
•输出电容(C):平滑输出电压,减少纹波。
•控制电路:用于控制开关器件的导通时间,以调节输出电压。
4. 优缺点Buck电路具有以下优点:•高效率:Buck电路的能效通常较高,能够将输入电压有效转换为输出电压。
•紧凑尺寸:Buck电路的设计紧凑,适合在空间有限的电子设备中使用。
•低成本:相比于其他DC-DC转换器,Buck电路的成本较低。
然而,Buck电路也存在一些缺点:•输出电压稳定性差:由于输入电压波动或载荷变化,Buck电路的输出电压可能不太稳定。
•EMI干扰:Buck电路的开关动作可能引起电磁干扰(EMI),对其他电子设备造成影响。
BUCK_BOOST电路原理分析BUCK-BOOST电路是一种常用的电源变换电路,可以将输入电压转换为更高或更低的输出电压。
它是基于开关电源工作原理的一种变换电路,通过控制开关管的导通和断开,来实现电源电压的变换和稳定输出。
BUCK-BOOST电路的基本原理如下:1.电感的作用:BUCK-BOOST电路中,电感起到存储能量的作用。
当开关管导通时,电感充电,存储电能;当开关管断开时,电感放电,释放电能。
通过电感的存储和释放,可以使得输出电压保持平稳。
2.开关管控制:BUCK-BOOST电路中的开关管通常为MOSFET管或BJT 管。
通过控制开关管的导通和断开,可以控制电感充电和放电的时间。
当开关管导通时,电感充电,输出电压增大;当开关管断开时,电感放电,输出电压降低。
3.反馈控制:BUCK-BOOST电路通常会添加反馈控制回路来实现电压的稳定输出。
在反馈控制回路中,通过采样电路获取输出电压信号,并与参考电压进行比较,得到误差信号。
然后通过控制开关管的导通和断开,来调整输出电压,使得误差信号逐渐趋近于零,实现稳定输出。
4.脉宽调制(PWM)控制:BUCK-BOOST电路通常使用脉宽调制控制方法来实现开关管的控制。
脉宽调制就是根据误差信号改变开关管的导通时间,使得开关管导通时间与断开时间按照一定规律改变,从而实现稳定的输出电压。
5.滤波电容的作用:BUCK-BOOST电路中,通常会添加滤波电容,用于平滑输出电压。
滤波电容能够吸收电感放电过程中的脉动,并保持输出电压的稳定性。
总的来说,BUCK-BOOST电路是通过控制开关管的导通和断开来实现电压的变换和稳定输出的。
通过电感的存储和释放能量、反馈控制回路、脉宽调制控制和滤波电容的作用,可以实现输入电压到输出电压的变换,并保持输出电压的稳定性。
BUCK-BOOST电路在电源设计中具有广泛的应用,可满足不同电压要求的设备需求。
Buck、Boost、Buck-Boost作为直流开关电源中应用广泛的拓扑结构,属于非隔离的直流变换器。
本期内容小编将对其中的Buck电路展开详细介绍。
*Buck基础拓扑电路降压式(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Q,二极管D,输出滤波电感L和输出滤波电容C构成。
接下来将从:1. 开关整流器基本原理2. 传说中的“伏-秒平衡” 3. 同步整流死区时间等三部分详细介绍Buck电路的工作原理。
让我们打起精神,擦亮眼睛,深刻体会简洁而不简单的Buck电路吧!Part 1 开关整流器基本原理导通时间关断时间在[0,Ton]期间,开关导通;在[Ton,Ts]期间,Q截止。
设开关管开关周期为Ts,则开关频率fs=1/Ts。
导通时间为Ton,关断时间为Toff,则Ts=Ton+Toff。
设占空比为D,则D=Ton/Ts。
改变占空比D,即改变了导通时间Ton的长短,这种控制方式成为脉冲宽度调制控制方式(Pulse Width Modulation, PWM)。
Buck电路特征•输出电压≤输入电压•输入电流断续•输出电流连续•需要输出滤波电感L和输出滤波电容CPart 2 传说中的“伏-秒平衡”伏秒原则,又称伏秒平衡,是指开关电源稳定工作状态下,加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感两端电压乘以关断时间,或指在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值。
在一个周期T 内,电感电压对时间的积分为0,称为伏秒平衡原理。
正如本文开头视频中指出,任何稳定拓扑中的电感都是传递能量而不消耗能量,都会满足伏秒平衡原理。
Part 3 同步整流死区时间同步整流是采用极低导通电阻的的MOSFET来取代二极管以降低损耗的技术,大大提高了DCDC的效率。
物理特性的极限使二极管的正向电压难以低于0.3V。
对MOSFET来说,可以通过选取导通电阻更小的MOSFET来降低导通损耗。
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 3,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 ON /)来调节输出电压。
注:T ON /T 一般称为占空比,即一个周期内的导通时间ON T 占周期T 的百分比。
在某些书中也可以采用)/(OFF ON ON T T T +来表示。
OFF T 为功率开关管的关断时间,OFF ON T T T +=。
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1.11.2.2 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 D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 ON。
①Q导通时,V D点电压也应为直流输入电压Vdc设Q导通,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1.2②Q关断时,电感L产生反电动势,使得V D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。
《精通开关电源设计》笔记三种基础拓扑(buck boost buck-boost )的电路基础: 1, 电感的电压公式dtdILV ==T I L ∆∆,推出ΔI =V ×ΔT/L2, sw 闭合时,电感通电电压V ON ,闭合时间t ON sw 关断时,电感电压V OFF ,关断时间t OFF3, 功率变换器稳定工作的条件:ΔI ON =ΔI OFF 即,电感在导通和关断时,其电流变化相等。
那么由1,2的公式可知,V ON =L ×ΔI ON /Δt ON ,V OFF =L ×ΔI OFF /Δt OFF ,则稳定条件为伏秒定律:V ON ×t ON =V OFF ×t OFF4, 周期T ,频率f ,T =1/f ,占空比D =t ON /T =t ON /(t ON +t OFF )→t ON =D/f =TD→t OFF =(1-D )/f电流纹波率r P51 52r =ΔI/I L =2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值ΔI =E t /L μH E t =V ×ΔT (时间为微秒)为伏微秒数,L μH 为微亨电感,单位便于计算 r =E t /( I L ×L μH )→I L ×L μH =E t /r →L μH =E t /(r*I L )都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适,具体见 P53电流纹波率r =ΔI/I L =2I AC /I DC 在临界导通模式下,I AC =I DC ,此时r =2 见P51 r =ΔI/ I L =V ON ×D/Lf I L =V O FF×(1-D )/Lf I L →L =V ON ×D/rf I L 电感量公式:L =V O FF×(1-D )/rf I L =V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面:A,I PK =(1+r/2)×I L ≤开关管的最小电流,此时r 的值小于0.4,造成电感体积很大。
BUCK_电源工作原理BUCK电源是一种DC-DC转换器,常用于降低输入电压并提供稳定的输出电压。
其工作原理基于PWM(脉宽调制)技术,通过调整开关管的导通时间来控制输出电压。
Buck电源的主要组成部分包括输入电源、开关管、输出滤波器、反馈回路和控制电路。
输入电源是Buck电源的直流供电源,它可以是电池、电网或其他的直流电源。
开关管通常是一个MOSFET管或BJT管,用于连接输入电源和输出电路。
当开关管导通时,输入电源的电能将通过开关管传递到输出电路,当开关管断开时,输入电源和输出电路将被隔离。
输出滤波器是用于滤除开关管开关时产生的高频噪声和脉动电压的电容和电感。
它能够稳定输出电压,并提供平稳的电流。
反馈回路是用于测量输出电压的变化,并将其与设定的目标电压进行比较。
一旦输出电压偏离目标电压,反馈回路将向控制电路发送信号,以调整开关管的导通时间。
控制电路是Buck电源的核心。
它根据反馈信号来调整开关管的导通时间,以维持输出电压在设定的范围内。
控制电路通常包括一个比较器、一个错误放大器和一个PWM生成器。
比较器用于将输出电压与目标电压进行比较,并产生一个误差信号。
当输出电压高于目标电压时,误差信号为正;当输出电压低于目标电压时,误差信号为负。
错误放大器将误差信号放大,并将其传递给PWM生成器。
PWM生成器根据这个误差信号,调整开关管的导通时间。
当输出电压低于目标电压时,PWM生成器会增加导通时间,从而增加输出电压。
反之,当输出电压高于目标电压时,PWM生成器会减少导通时间,从而减小输出电压。
通过不断的调整开关管的导通时间,Buck电源能够稳定输出电压,并适应输入电压的变化。
这种调整过程以很高的频率进行,通常在几十kHz到几百kHz的范围内,以确保输出电压的稳定性和响应速度。
总之,Buck电源通过PWM技术调整开关管的导通时间,从而控制输出电压。
它是一种高效、稳定和可靠的电源方案,被广泛应用于各种电子设备和系统中。
电感降压式开关电源如何设计:
1.通过举例讲解开关电源工作的方式.开关电源的工作原理.
2. 通过举例开关电源工作方式与线性电源工作方式的区别.
3. 分析和讲解为什么线性电源的效率比较低,开关电源的效率比较高?
4. 讲解开关电源是如何实现能量转移的?以及如何实现稳定电压输出?如何进行调节的?为什么说输入电压的变化以及负载的变化会影响调节?为什么会有纹波的产生?为什么说速度响应是衡量开关电源的重要指标?
5. 详细分析开关损耗是如何产生的?如何控制温升?温升对系统有哪些危害?
6. 开关电源体积与频率的关系?以及开关电源的效率问题。
7. 开关器件的如何选择?详细分析MOSFET,IGBT,三极管各自的有点和缺点。
8. 详细推导开关电源的BUCK电路拓扑的过程。
9.引入重要模拟电路中重要器件:电感。
10. 详细讲解电感电压的的形成和公式计算,电感电压受什么参数影响?如何改变电感两端电压?
11. 详细讲解电感电压的与电感中电流大小以及电流变化率的相互关系。
为什么说电感电流大小连续而电流变化率是不连续的?
12. 详细讲解电感中的电流波形的三种模式。
13. 为什么说电感电流在通电和关断后会发生变化?它的内在根本原因又是什么?
14. 如何实现电感的能量守恒?为什么说只有电感电流达到稳定状态才能为我们使用?电感电流的变化如何实现可控?
15. BUCK电路中专有名词的解释,了解关键参数对设计的影响。
16. 详细讲解占空比公式的推导。
17. 详细讲解电感参数计算公式的推导过程。
18. BUCK拓扑的几大总结。
19. 举例实际案例现场计算电感参数。
20. 详细讲解电源控制芯片内部各功能模块。
21. 通过实际演示,现场用示波器测量相关波形并进行分析和调试。