4第四章基本开关型调整器——BUCK变换器1

buck-boost变换器工作原理
Buck-boost变换器是一种电力转换装置，它可以将直流电压转换为不同的电压水平，从而实现电源的调整和控制。

它工作的原理基于开关电源的工作原理和能量储存原理。

Buck-boost变换器的基本结构包括开关管、电感、电容和控制电路。

工作原理如下：
1. 当输入电压高于输出电压时，开关管K1关闭，开关管K2打开。

此时，电感L和电容C组成的LC滤波回路开始储存能量。

电感L的磁场储存了电流的能量，电容C储存了电压的能量。

2. 在上述状态下，当开关管K1关闭时，由于电感的特性，电流不会突变。

电感L会释放储存的能量，电流会从电感流向负载。

3. 当电感释放能量时，负载上的电压会高于输入电压。

这样就实现了电压升高的功能。

4. 当输入电压低于输出电压时，开关管K1打开，开关管K2关闭。

此时，电容C充满了能量，而电感L则储存能量。

5. 在上述状态下，当开关管K1打开时，电感的磁场会继续储存能量。

电感释放能量，电流从电感流向负载。

6. 当电感释放能量时，负载上的电压会低于输入电压。

这样就实现了电压降低的功能。

通过不断地开关开关管K1和K2，Buck-boost变换器可以实现输入电压到输出电压的转换。

控制电路会根据输出电压的变化来控制开关管的状态，以实现稳定的输出电压。

总结起来，Buck-boost变换器通过周期性地储存和释放能量来实现对输入电压的调节，从而实现对输出电压的升高或降低。

这种转换过程是通过改变开关管的状态来控制的，通过控制电路实现对输出电压的稳定性控制。

buck 变换器介绍
BUCK 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值UO 总是小于输入电压Ui。

通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L 和电容C 的数值。

简单的BUCK 电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID 控制器，实现闭环控制。

可通过采样环节得到PWM 调制波，再与基准电压进行比较，通过PID 控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK 电路闭环PID 控制系统。

主电路设计
该电路设计能实现的功能为以下几点：
输入直流电压（VIN）：15V。

Buck降压式变换器基本结构及原理一、Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小丁输入电压的单管不隔离直流变换器。

图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts ,则信号频率为f=1/Ts ，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff ，占空比Dy= Ton/Ts。

Buck变换器有两种基本工作方式：CCM(Continuous current mode) :电感电流连续模式，输出滤波电感Lf的电流总是大丁零DCM(Discontinuous current mode) :电感电流断续模式，在开关管关断期间有一段时间Lf的电流为零1.1 CCM时的基本关系：0.5 1-0 g 050 L0V tlt= corist V0 = const1.3.11.2 DCM 时的基本关系：% %输出电压与输人电反间的关系:曜== 七一 4劣十口 其中：AD ＜（1 一心）为美断后电感电流下降到零的时问J =气;% 乙狄011 1，小，V 七 输出平均曲克：二〒七+ T0二司土~ W 〔气*& £ 顷心 J在电勰喽时，%附不但与占空比Dy 有关』而且与或载电流卜大小有关，若1口=0，则％=甲血 DCM 可分为两种典型情况：输入电压Vin 不变，输出电压Vo 变化，常用作电动机速度控 制或充电器对蓄电池的包流充电输入电压Vin 变化，输出电压Vo 包定，即普通开关稳压电源1.3 电感电流临界连续的边界：用f g 表示临界电流通彼阿的负更电疏】Q ，则：; 鱼w 吃眼w （D* 头h ' 头L 叫史输入电压包定不变时：Vin=const临界负载电流是大值在Dy=0 5时出现: 皿】如=4—球（1-巳）劣电添临界连续时前输出电压：争= ------------ \ --------顷 一 - + 140； ^O （?HMX可画出Buck 变换器在Vin=const 时的外特性曲线:输出走压与情人电压间的关策：竺=一-—。

BUCK变换器设计一、引言BUCK（降压）变换器是一种常见的开环降压电源设计，具有广泛的应用领域。

在本文中，我们将详细介绍BUCK变换器的设计原理和步骤。

二、BUCK变换器的基本原理1.输入电压通过一个开关管和一个电感器连接到输出电压。

开关管通过开关周期性地打开和关闭来调整输出电压。

2.当开关打开时，电流通过电感器，能量存储在电感器磁场中。

3.当开关关闭时，电感器上的磁场坍缩，通过一个二极管将存储的能量传递到输出负载电路中。

4.通过调整开关管的开关周期和占空比，可以实现对输出电压的精确控制。

三、BUCK变换器的设计步骤下面是设计BUCK变换器的基本步骤：1.确定输入电压和输出电压范围。

根据应用的需求，确定输入电压和输出电压的合适范围。

输入电压通常由电源提供，而输出电压则由负载需求决定。

2.选择合适的开关器件。

根据输入电压和输出电流的要求，选择合适的开关管和二极管，以确保电流和功率的可靠传输。

3.计算开关周期和占空比。

根据输入输出电压的比例以及工作频率，计算出合适的开关周期和占空比。

这两个参数直接影响输出电压的稳定性和效率。

4.计算电感器和输出电容。

根据预设的开关周期和占空比，计算出合适的电感器和输出电容值。

电感器和输出电容可以提供电流平滑和稳定输出电压的功能。

5.设计反馈电路。

设计一个反馈电路来控制开关管的工作，以实现对输出电压的精确调节。

常见的反馈电路包括PID控制器和比例控制器。

6.进行验证和测试。

在实际应用中，进行验证和测试以确保设计的BUCK变换器满足要求。

四、BUCK变换器的特点和应用1.高效率。

BUCK变换器通过周期性开关操作和能量传递来实现电流和功率的可靠转换，使得效率比传统的线性稳压器更高。

2.范围广。

BUCK变换器可以适应不同的输入电压和输出电压需求，可以应用于多种电子设备和系统。

3.体积小。

由于BUCK变换器的高效转换机制，可以采用较小的电感器和电容器，从而实现体积小巧的设计。

buck工作原理
Buck工作原理
在电子学领域，buck转换器是一种常用的直流-直流转换器，用于将一个电源电压转换为另一个较低的电压。

它的工作原理基于电感和开关器件的协同作用，通过周期性地打开和关闭开关器件来控制电压的输出。

让我们来了解一下buck转换器的基本组成部分。

它通常包括一个开关器件（如MOSFET）、一个电感、一个输出电容和一个控制电路。

当输入电压施加在电路上时，控制电路会监测输出电压，并根据需要控制开关器件的导通和截止，以维持稳定的输出电压。

具体来说，当开关器件导通时，电压源的能量会储存在电感中，同时输出电容会释放能量供给负载。

随后，当开关器件截止时，电感中储存的能量会继续流向负载，从而维持输出电压的稳定。

这种周期性的开关操作使得buck转换器能够有效地实现电压转换。

在实际应用中，控制电路起着至关重要的作用。

它可以根据负载的变化实时调整开关器件的工作状态，以保持稳定的输出电压。

此外，控制电路还可以实现一些功能，如过压保护、欠压保护和输出电压调节等，从而提高系统的可靠性和性能。

总的来说，buck转换器的工作原理简单而有效。

通过合理地设计电路结构和控制策略，可以实现高效、稳定的电压转换，广泛应用于
各种电子设备中，如手机充电器、电源适配器等。

希望通过本文的介绍，读者能对buck转换器的工作原理有所了解，从而更好地应用于实际工程中。

Buck电路工作原理介绍DC-DC变换器按功率开关电路的结构形式来分，可分为非隔离型（主电路中无高频变压器），隔离型（主电路中有高频变压器），以及具有软开关特性的谐振型等。

非隔离型直流变换器，有三种基本的电路拓扑：降压（Buck）型，升压（Boost）型，反相（Buck-Boost即降压-升压）型，以下详细介绍Buck变换器。

1 Buck变换器电路构成Buck变换器又称为降压电路，其基本拓扑如图1所示图1 Buck电路拓扑结构电路主要元器件包括开关管T（物理实现可以用IGBT，MOSFET），续流二极管D，储能电感L，输出滤波电容C及负载电阻R。

输入直流电源为U s，输出直流电压为U o。

2 Buck变换器工作原理Buck变换器工作在电感电流连续模式下的工作原理如下：开关管的导通与关断受控制电路输出的驱动脉冲控制。

如图1所示，当控制电路脉冲输出高电平时，开关管导通，如图2（a）所示，续流二极管D阳极电压为零，阴极电压为电压电压Us，因此反向截止，开关上流过电流i s流经电感L 向负载R供电；此时L中的电流逐渐上升，在L两端产生左端正右端负的自感电势阻碍电流上升，L将电能转化为磁能存储起来。

经过时间t on后，控制电路脉冲为低电平，开关管关断，如图2（b）所示，但L中的电流不能突变，（a）开关管导通（b）开关管关断图2电流连续模式下 Buck 变换器等效电路这时电感L 两端产生右端正左端负的自感电势阻碍电流下降，从而使D 正向偏置导通，于是L 中的电流经D 构成回路，电流值逐渐下降，L 中储存的磁能转化为电能释放出来供给负载R 。

经过时间t off 后，控制电路脉冲又使开关管导通，重复上述过程。

滤波电容C 的作用是为了降低输出电压U o 的脉动。

续流二极管D 是必不可少的元件，若无此二极管，电路不仅不能正常工作，而且在开关管由导通变为关断时，L 两端将产生很高的自感电势从而损坏开关管。

3 Buck 变换器工作状态及相应元件参数计算为了方便分析稳态特性，简化推导过程，做如下假设：（1）开关管，二极管是理想元件，可在瞬间导通或截止，没有导通压降、导通电阻，截止时无漏电流。

Buck 变换器工作原理介绍2.2.1 Buck 变换器的基本工作原理Buck 变换器又称为降压变换器，串联稳压开关电源和三端开关型降压稳压电源。

其基本的原理结构图如图2.2所示。

GabcWMV Gd图2.2 Buck 变换器的基本原理图由上图可知，Buck 变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。

而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier ，E/A ），脉宽调制器（Pulse Width Modulation ，PWM ）和驱动电路。

为了便于对Buck 变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设[1]：a 、开关元件M1和二极管D1都是理想元件。

它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；b 、电容和电感同样是理想元件。

电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。

电容的等效串联电阻（Equivalent Series Resistance ，ESR ）和等效串联电感（Equivalent Series inductance ，ESL ）等于零；c 、输出电压中的纹波电压和输出电压相比非常小，可以忽略不计。

d 、采样网络R1和R2的阻抗很大，从而使得流经它们的电流可以忽略不计。

在以上假设的基础上，下面我们对Buck 变换器的基本原理进行分析。

如图2.2所示，当开关元件M1导通时，电压V1与输出电压Vdc 相等，晶体管D1处于反向截至状态，电流01=D I 。

电流11L M I I =流经电感L1，电流线性增加。

经过电容C1滤波后，产生输出电流O I 和输出电压O V 。

采样网络R1和R2对输出电压O V 进行采样得到电压信号S V ，并与参考电压ref V 比较放大得到信号。

如图2.2（a ）所示，信号ea V 和线性上升的三角波信号tr V 比较。

当ea tr V V >时，控制信号WM V 和G V 跳变为低，开关元件M1截至。

Buck转换器CCM (1)纹波电压 (1)纹波电流 (1)Buck转换器DCM (2)纹波电压 (2)DCM工作原理 (2)电感峰值电流 (4)电压变换比 (5)Boost转换器CCM (6)电流纹波 (7)电压纹波 (8)Boost转换器DCM (9)纹波电压 (9)DCM工作原理 (9)电感峰值电流 (11)电压变换比 (12)变换器的特性总结 (13)PWM模式 (14)PFM模式 (14)时钟模式PFM（Clocked PFM） (14)跳周期PFM（Skipping Cycles） (15)电压模式 (18)电流模式 (19)峰值电流控制模式 (20)平均电流控制模式 (20)开关电源指标 (21)功耗分析 (21)切换原理 (24)Boost能量传输 (25)负载调整率 (25)电压调整率 (25)斜坡补偿 (26)Buck 转换器 CCM纹波电压20208S V D V T LC∆=1200211021111()222888t S S C S S S t TT V V D I I V i dt T D T T C C C C L LC∆∆∆=====⎰纹波电流22g g sL s V V V DD T i DT LL'-∆==结论：纹波电流和负载无关Buck 转换器 DCM纹波电压20012()1()2S T I I V D D C I∆-∆=+∆1200121()11()2t S C t T I I V i dt D D C C I∆-∆==+∆⎰DCM 工作原理模式下Buck 变换器等效电路IQ1导通电感电压()()L g g v t V v t V V =-≈-电容电流()()()()c L L v t Vi t i t i t R R=-≈- IID1导通电感电压()()L v t v t V =-≈- 电容电流()()()()c L L v t V i t i t i t R R=-≈- III 电流断续电感电流0L i = 电感电压0L v = 电容电流()()()()c L v t v t Vi t i t R R R=-=-≈- 电感峰值电流()()/D c i t i t V R =+积分取平均11()()/sst T t T D c ttssi t dt i t dt V R T T ++=+⎰⎰由于电容平均电流是零/D i V R ⇒= 电容充电平衡，电感峰值电流12g pk L s V V i i DT L-=∆=面积相等121121()()2()()2Lpk s s L g i t dt i D D T D Ti V V D D L =+=-+⎰112()()2sg D T V V V D D R L⇒=-+电压变换比联立电感伏秒平衡以及电容充电平衡112112()()2g s g D V V D D D T V V V D D R L⎧=⎪+⎪⎨⎪=-+⎪⎩g V V ⇒== 2SL K RT =随着占空比的增大Buck 变换器的工作状态由DCM 转换成CCM(,)D CCM M D K DCM ⎧⎪=Boost 转换器 CCM开关在位置1时电感电压和电容电流：,/L g C v V i V R ==- 开关在位置2时电感电压和电容电流：,/L g C v V V i I V R =-=-在一个周期内电感充放电能量相等，即能量变化为0。