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  • 同步buck电路原理图(使用mos540)
  • 死区时间产生电路原理图: 实际电路结构: 仿真结果: 开关死区时间: 开:~19ns 关:~20ns

    死区时间产生电路原理图:

    实际电路结构:

    仿真结果:

    开关死区时间:

    开:~19ns

    关:~20ns

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  • 电源系列3:DCDC BUCK降压电路原理

    千次阅读 2020-11-04 20:09:47
    分享让知识变得更简单 本博客的第「21」篇原创...在手机、电脑等消费电子领域,降压型BUCK电路应用非常广泛。是电源工程师的入门课,下面就介绍BUCK降压电路的基本工作原理,并进行原理仿真,后台回复:BUCK仿真文件

    仿真文件已更新到公众号,后台回复:LDO仿真文件

    在电子电路中,电源一般分为两类,一类是线性电源,一类是开关电源。线性电源具有噪声小的优点。开关电源虽然噪大,但是具有效率高、热损小的优点。

    开关电源还可以细分为降压型、升压型和升降压三类。也可按照隔离、非隔离,或者同步非同步再进一步细分。

    在手机、电脑等消费电子领域,降压型BUCK电路应用非常广泛。是电源工程师的入门课,下面就介绍BUCK降压电路的基本工作原理,并进行原理仿真,后台回复:BUCK仿真文件 可以得到仿真源文件。

    为了把我们的主要精力放在理解BUCK原理上,我们选择非同步BUCK进行分析,也就是电路中只有一个开关管,由二极管对电感续流放电。

    基本的BUCK降压电路由开关、电感、二极管和电容组成,简约的东西经过组合往往会迸发出不可思议的结果,BUCK就是这样的电路。

    电感的基本参数和意义见以前的文章:

    电感参数有哪些?怎么选择电感?​mp.weixin.qq.com


    BUCk基本框图如下:

    当开关S1闭合导通时,VA电压为高,Vin给电感L1充电,流过电感L1的电流逐渐增加,电流路径见上图绿色回路,电感充电波形见下图。

    当开关S1断开时,Va为低电平,电感L1通过负载和二极管放电,电感L1的电流逐渐减小,电流路径见下图蓝色部分,电感放电波形见上图。

    BUCK的基本工作过程就是对电感充放电的过程。

    这里有个小说明,在同步BUCK中D1会被开关代替,以提高效率,在S1断开时,但是本章中使用的是续流二极管,则在S1断开时,VA其实是有一部分的负电压的(差不多刚好-0.7V)。

    BUCK输入输出电压的计算关系:

    我们不用管什么幅秒特性,只看最终、最基本、最本质的电感相关公式:

    在BUCK建立稳态后,电感充放电的电流是相等的,△t=T*D是充电的时间,T*(1-D)是放电的时间,即稳态时:

    T为开关周期,D为占空比,就是开关导通的时间占整个周期的百分比。

    同样的道理:

    整理得到:

    非常简单的计算过程,一点也不复杂。

    下面看原理仿真,multisim仿真文件在公众号后台回复:buck仿真文件 可以下载。

    通过开关管对电感充放电,可以明显看到电流的充放电三角波电流,当改变输出电容时,有助于缓解输出的纹波,然而由于BUCK开关架构的先天不足,此纹波无法消除,抑制程度也有限。

    同时我们也可以看到由于续流二极管的存在,当开关段开始,Va有小段的负电,此负电大约-0.7v,就是和二极管相关,同时由于此二极管的存在,输入输出关系也略微改变,导致输出输入不满足D的关系,为了提升效率就出现了同步BUCK电路。

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    仿真结果:

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    来源 | 喝枸杞论电子

    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。

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    *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。

    下面,就让我们先通过一个短视频了解Buck电路的工作原理吧!

    看完这个视频,有没有对Buck电路拥有初步了解呢?

    接下来小编将从:

    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 

    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

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    导通时间

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    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)。

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    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C

    Part 2 传说中的“伏-秒平衡”

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    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

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    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。

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    在开关电源系统中,死区时间(Dead Time)是指为了避免两个晶体管开关同时导通而引入的屏蔽时间。

    连接的两个晶体管开关通过交互地闭合和关断来决定线圈中电流的增减。为避免两个晶体管同时导通造成不必要的电流浪涌,即需控制电路在开关动作引入死区特性。在死区时间内,需要完成对已导通晶体管的关断和另一晶体管的导通。

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    死区时间

    •  设置必要的死区时间以防止短路。

    •  死区时间越小,体二极管传导越少。

    •  死区时间越小,损耗越小,效率越高。

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