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  • Buck变换器的输出电流等于maxoI时,仍然要保证电感工作在非饱和状态,这样电感值才能维持恒定不变。电感值1L的恒定确保了电感上的电流线性上升和下降。
  • https://mp.weixin.qq.com/s/NRGOTV1lvuOq7ojVzgbW9A
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  • 电解电容作为滤波电容,广泛应用于开关电源模块中,但其性能衰退一直是开关电源模块失效的主要原因。针对Buck型开关电源模块输出电解电容的性能变化,选取等效串联电阻(ESR)与电容量作为监测目标,提出了基于触发...
  • BUCK电路是降压式DC-DC,电路由直流电压输入,电子开关,电感输出滤波电容,续流二极管5个部件构成,本文介绍了它的4种连接方式。
  • 学习笔记:简谈BUCK电路

    万次阅读 多人点赞 2019-05-18 10:40:35
    一、Buck电路原理图  Buck电路,又称降压电路,其基本特征是DC-DC转换电路,输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的,输出电流为连续的。 Q1为三极管开关,PWM波控制。 二、Buck电路工作原理 当PWM波为高电平时,...

    一、Buck电路原理图
     Buck电路,又称降压电路,其基本特征是DC-DC转换电路,输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的,输出电流为连续的。

    在这里插入图片描述
    Q1为三极管开关,PWM波控制。
    二、Buck电路工作原理
    当PWM波为高电平时,Q1导通,储能电感L1被充磁,流经电感的电流线性增加,同时给电容C1充电,给负载R1提供能量。等效电路如图
    在这里插入图片描述

    当PWM波为低电平时,Q1关闭,储能电感L1通过续流二极管放电,电感电流线性减少,输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持,等效电路如图

    在这里插入图片描述三、CCM及DCM定义:
    1.CCM (Continuous Conduction Mode),连续导通模式:在一个开关周期内,电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”,意味着在开关周期内电感磁通从不回到0,功率管闭合时,线圈中还有电流流过。
    2.DCM,(Discontinuous Conduction Mode),断续导通模式:在开关周期内,电感电流总会到0,意味着电感被适当地“复位”,即功率开关闭合时,电感电流为零。
    3.BCM(Boundary Conduction Mode),临界导通模式:控制器监控电感电流,一旦检测到电流等于0,功率开关立即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感值电流高,而截至斜坡相当平,则开关周期延长,因此,BCM变化器是可变频率系统。

    电流斜坡的中点幅值等于直流输出电流Io的平均值,峰值电流Ip与谷值电流Iv之差为纹波电流。

    在这里插入图片描述

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  • 详解Buck电路的工作原理,输出电容及其他参数计算-电源网 https://www.baidu.com/link?url=ysS0Vt5TcaieS7n9V3UGJazBdiQy5-7DybEkvPfzPsP8Jah_FgZOg3L6Mz-pbzXz5-h5QQ0pkf32ehxEvZzxMq&wd=&eqid=fe...
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  • BUCK电路输出LC值的选取

    千次阅读 多人点赞 2019-10-14 22:04:41
    依据1:BUCK电路在不同工况下具有不同的工作模式,在某些情况下会由CCM进入DCM(即连续到断续模式),这之间便是BCM(临界导通模式); 依据2:(参考博客...

    2-1 输出电感的选取
    依据1:BUCK电路在不同工况下具有不同的工作模式,在某些情况下会由CCM进入DCM(即连续到断续模式),这之间便是BCM(临界导通模式);

    依据2:(参考博客https://blog.csdn.net/zhy295006359/article/details/79054258)
    在BCM模式下,Io=(Ip-Iv)/2,其中Ip为峰值电流,Iv为谷值电流,如果,Io继续减小,电路会进入DCM模式。进入DCM模式后,有两个典型现象,一是在关断期间,在IL为0期间,电感两端电压波形呈现震荡现象;二是其变化规律,随着电感值L变大,负载电流临界值会减小。(同时震荡波形宽度逐渐减小)

    (上文所述,Io的继续减小,会导致BUCK电路进入DCM模式,故会有一个临界电流的概念)。这也就是说,在相同工况下,如果增大L的值,可以减缓电路进入DCM模式的可能性。(为了减小进入断续模式时的临界输出负载电流,我们可以通过加大电感量L,以降低临界输出负载电流。使电路在期望的负载电流范围内工作连续模式。)

    故,此处涉及到输出电感的取值计算问题,以下作详细说明。
    一般方法:对电感电流波形分析,假设电路的额定输出电流Ie,的dI=Ip-Iv,当Io=1/2dI时,这是BCM条件,一般地,当Io_min=0.1Ie(电感电流在Ie的±10%范围内波动),此时有0.1Ie=0.5dI,同时,由电感的UI特性(开关闭合期间):UL=(vin-vo)=LdI/dt=LdI/(D×T)=LdI×vin/(vo×T),联立两式得:
    L=(vin-vo)×vo×T/(dI×vin)=5(vin-vo)×vo×T/(Ie×vin)

    2-2 输出电容的选取 电容取值涉及几个方面的trade-off,以下整合后,给出4条tips:
    Tip1:对输出电容,电感电流对其进行充电,由变化的电荷量Q=充电电流所围成的三角形面积(即电感电流)。
    在这里插入图片描述

    此外,还需要考虑电容的ESR和瞬态过冲电压。
    Tip2:电容的ESR应满足,ESR<dU/dI,(上图中定义相同)

    Tip3:L的存在,当输出负载突然变化时,电感中储存的能量只能转变成电容中储存的能量,造成电容电压瞬时变化,假设该过冲电压要求不超过输出电压的3%的话,那么从满载突变到50%,可按照下式计算,
    由:0.5×C×(Umax×Umax-Umin×Umin)=0.5×L×(Imax×Imax-Imin×Imin)

    则 C=L×(Imax×Imax-Imin×Imin)/(Umax×Umax-Umin×Umin)

    Tip4:对于低于500KHZ的谐波,ESL 产生的电压纹波可以忽略。因此,输出电容中由ESR 和Co决定纹波电压分量。由ESR 产生的纹波分量正比于电感电流纹波分量,由Co决定的纹波分量与流过电容的电流积分成正比。这两个分量相位是不同的(一个是阻性的,一个是容性的,for电容,电流超前电压)。

    具体的计算过程如下:
    在这里插入图片描述

    上式中只存在Co和ESR两个未知数。从一些厂家目录中可以认定,在很大范围内不同电压等级和不同容值的常用铝电解电容,其ESR×Co=50~80×0.00001

    总结:C的选取,在实际设计中,一般C较大的话(相对于设定所需的最小值),可保证输出电压的恒定,且带来较小的电压纹波。故,上述4条tips,在实际设计中,应该相互兼顾,结合实际(体积,成本等)一般取上述结果的最大值作为设计值。

    以下举例说明: 现设计一个BUCK电源,Vin=12V,Vo=2.5V,Io=2A,dU=20mVpp,假设dI=0.4A。
    拟定f=700KHz,试设计输出电感L和电容C的取值。
    解答:
    Step1:L的计算;
    由上述总结知:L=5(vin-vo)×vo×T/(Ie×vin)
    其中,T=1.43us,Ie=2A,则L=5×9.5×2.5×1.43u/(2×12)=7.07uH,
    若增大f1=1MHz,则L1=7.07u/1.43=4.95uH

    Step2:C的计算;
    由tip1知:C=dI/(8F×dU)=0.4×1.43u/(8×20m)=0.0036×10^-3
    ×10^6uF=3.6uF;
    由tip2知:dU/dI=20m/0.4=50mO,则要求所选择的输出电容总的ESR<50mO;
    由tip3知:C=L×(Imax×Imax-Imin×Imin)/(Umax×Umax-Umin×Umin),
    L=7uH,Imax=2.2A,Imin=0.5Io=1A,Umax=0.03×2.5+2.5=2.575,
    Umin=2.5-0.03×2.5=2.425(假设负冲也是3%)

    则C=7u×(2.2×2.2-1)/(2.575×2.575-2.425×2.425)=7u×4.84/0.75=45.2uF;
    由tip4知:C=(T+4ESR×C)dI/(4×dU)=(1.43u+4×50×10^-7)×0.4/(4×20m)
    =7.15u+10^-4
    ×10^6u=100u+7u=107uF,
    == 注意:此处假设== ESR×C=50×10^-7
    (实际是50mO×100uF),实际上该值可能有偏差。细心观察得,若取ESR×C=50×10^-8(50mO×10uF),
    则C=2×5+7=17uF;同理,若ESR×C=50×10^-6(50mO×1000uF),则C=1007uF,从而发现出一些规律,因为以上假设是人为的,故不具有实际意义,但可说明,如果选定的电容的ESR是满足50mO以下的,那么上述值都是可以满足的,而由tip3得到最小45.2uF,故实际可选取
    C=(1.5-----2)×45=67.5uF~90uF之间。
    根据官方手册给出的参考电容值约为100uF(1MHz),实际上,上述算例中f=700KHz,理论上讲,C的值应该比官方给出的值要大才比较合理。

    附:实际应用中,有很多经验选择,故上述计算只是作为取值的参考依据。事实上,关于电容电感的取值计算,还有很多其他的算法,各种方法可能关注的点不尽相同,但都各自道理,所以需要多方考虑。

    电容的高频特性:所使用的电容工作频率低于其自身的自谐振频率时,其阻抗值会随着频率的升高而降低,其电容值会随着频率的升高而升高。

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