BUCK電路PPT課件

1、2021/3/91avgLI_max_LImin_LI點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/92內容提要物料清單（實物）物料清單（實物）實驗板成品實驗板成品測試效果圖測試效果圖DC/DC變換原理BUCK穩(wěn)壓器原理TL494詳解帶過流保護的BUCK電路實例輸入：1040VDC輸出：5V/1A過流保護：1.3A點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/93授課方式TL494工作點測試開關管、電感測試BUCK開環(huán)測試穩(wěn)壓控制環(huán)測試頻率補償測試過流保護測試原理講解元件焊接電路測試波形分析基本原理功能模塊功能模塊目標：目標：原理講解簡明易懂，通

2、過實驗數據和波形對理論進行驗證，加深理解，學以致用。原理講解簡明易懂，通過實驗數據和波形對理論進行驗證，加深理解，學以致用。點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/941、電磁感應 電磁感應現象電磁感應現象提示：提示：變壓器正常工作的關鍵是要磁通有變化。變壓器正常工作的關鍵是要磁通有變化。 電生磁電生磁磁生電磁生電titi磁通不變，不會產生感生電動勢磁通不變，不會產生感生電動勢磁通變化，會產生感生電動勢磁通變化，會產生感生電動勢點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/952、電感的伏安特性 電感線圈電感線圈tEILNtILULNIB0

3、電生磁電生磁)(0 NIB磁生電磁生電NIAeAeBLINtNUL提示：提示：加入磁芯可提高磁感應強度加入磁芯可提高磁感應強度Effective AreatNUL磁芯的磁通量磁芯的磁通量AeNL2L與與N2成正比成正比？EILNB這幾個物理量的關系電感中,1、電感線圈上的電流是變化的、電感線圈上的電流是變化的2、電感線圈上的電壓可以突變、電感線圈上的電壓可以突變點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/96t(ms)U(V)10-1 例題：例題：若流過電感線圈（若流過電感線圈（L=1mHL=1mH）的電流波形的電流波形I IL L如下圖所如下圖所示，請計算各個時間段

4、電感兩端的電壓示，請計算各個時間段電感兩端的電壓U UL L，并畫出電壓波，并畫出電壓波形。形。0 1 2 3 4 5 6 7 8 t(ms)I(mA)1000提示：提示：牢記電感的牢記電感的VA特性。特性。 思考：思考：為什么電流方向不變，電壓方向可變？為什么電流方向不變，電壓方向可變？要點要點tILUL點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/973、Buck變換器原理DUTTTUUinoffononinOOFFOONOinTUTUU)(TnUL2minmaxmin_IIIIavgLavgLI_max_LImin_LITILULLUTIL電流線性變化電流線性變化

5、若若 輸入輸出電壓、開關頻率、輸入輸出電壓、開關頻率、 占空比不變，僅改變占空比不變，僅改變L大小大小則則 電流的斜率和紋波大小會相應改變電流的斜率和紋波大小會相應改變電磁感應定律電磁感應定律D1，故為降壓，故為降壓點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/98電感電流模式avgLI_max_LImin_LIkLUTIL若輸入輸出電壓不變，開關頻率不變，不限制電流的峰值若輸入輸出電壓不變，開關頻率不變，不限制電流的峰值avgLI_max_LImin_LIavgLI_max_LImin_LI紋波增大，斜率增大紋波減小，斜率減小BCM電感電流臨界導電模式CCM電感電流連

6、續(xù)導電模式DCM電感電流斷續(xù)導電模式電感量L減小電感量L增加注意注意1、若輸入輸出電壓不變，則占空比不變，電流上升和下降時長不變、若輸入輸出電壓不變，則占空比不變，電流上升和下降時長不變2、磁芯大小不變，、磁芯大小不變，L與線圈匝數與線圈匝數N2成正比成正比3、磁芯大小不變，在不引起磁飽和的情況下，改變、磁芯大小不變，在不引起磁飽和的情況下，改變L的大小僅影響電流的形態(tài)，的大小僅影響電流的形態(tài)， 不影響電感所能傳遞的功率大小，要改變功率，必須改變磁芯的規(guī)格。不影響電感所能傳遞的功率大小，要改變功率，必須改變磁芯的規(guī)格。4、開關導通的時間不能過長，否則電感飽和，將失去電感的作用。、開關導通的時間

7、不能過長，否則電感飽和，將失去電感的作用。點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/994、BUCK變換器的穩(wěn)壓控制原理PWMUtOItUo上升，Ue減小，D減小，Uo降低反之，當Uo下降時，Ue增大，D增大，Uo上升refOUU輸出電壓輸出電壓inrefinOUUUUDLI點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/9105、PWM控制器PWM控制器控制器誤差放大器誤差放大器基準電壓源基準電壓源PWM比較器比較器鋸齒波振蕩器鋸齒波振蕩器開關管驅動開關管驅動通用通用PWM控制器控制器TL494誤差放大器（誤差放大器（2個）個）基準電壓源（基

8、準電壓源（5V）PWM比較器比較器鋸齒波振蕩器（頻率外部設置）鋸齒波振蕩器（頻率外部設置）開關管驅動開關管驅動死區(qū)時間控制死區(qū)時間控制欠壓保護欠壓保護輸出控制（單端輸出控制（單端/雙端）雙端）點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/911TL494內部結構5VUrefUsamTToscCRf1 . 1誤差放大器誤差放大器參考電壓參考電壓PWMPWM比較器比較器鋸齒波振蕩器鋸齒波振蕩器輸出驅動電路輸出驅動電路1616腳（腳（DIP16DIP16、SOP16SOP16封裝）封裝）點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/912TL494的控

9、制邏輯+-+-+-+-PWMPWM比較器比較器OCOC=0 OC=1UjUjUeUdtVcc5V4.9V3.5V或或輸出控制輸出控制死區(qū)時間死區(qū)時間欠壓保護欠壓保護欠壓保護欠壓保護1234E注：注：“或或”運算：只要有一個輸入為高電平，輸出即為高電平運算：只要有一個輸入為高電平，輸出即為高電平提示：提示：PWM控制器內置多種保護功能常常采用“或”邏輯控制。UdtUeOFFON點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/9136、BUCK電路舉例輸入輸入輸出輸出開關開關儲能電感儲能電感續(xù)流二極管續(xù)流二極管濾波電容濾波電容單端單端輸出輸出無軟無軟啟動啟動低電平開低電平開開

10、關頻率開關頻率過流保護過流保護穩(wěn)壓控制穩(wěn)壓控制頻率補償頻率補償5V1015RVIpinOCP點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/914物料清單（BOM）名稱型號規(guī)格名稱型號規(guī)格R147,1/4W,直插C1104,瓷片/獨石R2,R7150,1/4W,直插C2102,瓷片/獨石R3,R947K,1/4W,直插C3100uF/50V,鋁電解R41M,1/4W,直插C4470uF/25V,鋁電解R5,R6,R85.1K,1/4W,直插C547uF/25V,鋁電解R10a,R10b0.22,1/4W,直插D1MR850（或FR307）R1115,1/2W,直插DS11

11、50mA LED（2835貼片）TL494DIP16L11mH2A物料清單提供元件的電參數、規(guī)格、型號，據此購買元件和設計物料清單提供元件的電參數、規(guī)格、型號，據此購買元件和設計PCB提示：提示：可以根據元件的主要參數，選擇性能指標相近，而品牌型號不同的替代型號點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/915實驗板和實驗方法功率開關功率開關三極管三極管LEDLED負載負載在底面在底面測試端測試端功率電感功率電感PCB布局圖布局圖電路板實物電路板實物實驗方法實驗方法邊焊邊測，漸步驗證PWMPWM控制器控制器續(xù)流續(xù)流二極管二極管濾波電容濾波電容點石電子點石電子點石電子點

12、石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/916實驗儀器（測試）數字示波器觀測電壓、電流的波形觀測電壓、電流的波形測量電壓的幅度、頻率等參數測量電壓的幅度、頻率等參數分析電路的工作狀態(tài)分析電路的工作狀態(tài)數字萬用表測量輸出電流平均值測量輸出電流平均值滑動變阻器調節(jié)負載電流調節(jié)負載電流直流電源0-30V/3A0-30V/3A點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/917實驗步驟 TL494工作點 開關管及電感 開環(huán)的BUCK 穩(wěn)壓控制環(huán) 過流保護 帶載能力測試點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/918 TL494工作點測試單端單端輸

13、出輸出無軟無軟啟動啟動開關頻率開關頻率測試內容測試內容1 1、振蕩波形及頻率（、振蕩波形及頻率（鋸齒波鋸齒波）2 2、單端輸出的、單端輸出的PWMPWM信號（信號（死區(qū)時間死區(qū)時間）3 3、1414腳輸出的電壓（腳輸出的電壓（內部基準電壓內部基準電壓）kHzCRfTT4 .2310110471 . 11 . 193%96DVVpin0 . 514點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/919元件安裝12VDC1022CkR479222. 010RTL494Vin-示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）振蕩波形振蕩波形 PWM基準電壓基準電壓PIN5PIN8PIN14

14、提示：提示：焊接元件先焊個子矮的，焊接元件先焊個子矮的，TL494的的U形缺口向上（與板上的絲印相一致）形缺口向上（與板上的絲印相一致）kHzCRf4 .2310101010471 . 11 . 1122329準備測試的內容準備測試的內容GND點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/920測試結果分析(1-1)12VDC示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）振蕩波形振蕩波形PIN5kHzCRf4 .2310101010471 . 11 . 1122329GND測試內容測試內容測試結果測試結果波形（波形（鋸齒波鋸齒波）頻率（頻率（23.08kHz23.08kHz）峰值

15、電壓（峰值電壓（3.0V3.0V）示波器探頭示波器探頭結果分析結果分析點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/921測試結果分析(1-2)12VDC示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）PWM波形波形PIN8GND測試內容測試內容測試結果測試結果波形（波形（TL494TL494集電極開路，不能直接驅動開關管，須接上拉電阻集電極開路，不能直接驅動開關管，須接上拉電阻）頻率（頻率（28.05kHz28.05kHz）峰值電壓（峰值電壓（12.2V12.2V）示波器探頭示波器探頭結果分析結果分析集電極開路集電極開路焊上焊上R1、R288. 064.3544. 41ssD低電

16、平驅動PNP三極管點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/922測試結果分析(1-3)1030V示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）基準電壓基準電壓PIN14GND測試內容測試內容測試結果測試結果波形（波形（直線直線）電壓平均值（電壓平均值（5.20V5.20V）輸入電壓在輸入電壓在1030V1030V之間變化時，基準電壓保持不變之間變化時，基準電壓保持不變（5.20V5.20V）示波器探頭示波器探頭結果分析結果分析點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/923 開關管及電感測試測試內容測試內容1 1、開關管集電極電壓（、開關管集電極

17、電壓（與與PWMPWM反相反相）2 2、輸出電壓（、輸出電壓（由電感電流決定由電感電流決定）inonCVV_LoffCVV_點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/924元件安裝12VDCAmHL2/11TIP32A示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）WR5 . 0/15112835/1501mADS VC50/1003471R1502R準備測試的內容準備測試的內容開關管集電極電壓開關管集電極電壓輸出電壓輸出電壓GND點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/925ONOFF96. 08 .3656.35ssD測試結果分析(2-1)12

18、VDC示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）開關管集電極電壓開關管集電極電壓GND測試內容測試內容測試結果測試結果電壓（電壓（Max:16V(ON),Min:-156V(OFF)Max:16V(ON),Min:-156V(OFF)）占空比（占空比（96%96%）示波器探頭示波器探頭結果分析結果分析Why?+-+-+-電感儲存的能量沒有一個正常的電電感儲存的能量沒有一個正常的電流回路釋放只能通過電路上的分布流回路釋放只能通過電路上的分布電容和電阻以阻尼振蕩的方式慢慢電容和電阻以阻尼振蕩的方式慢慢衰減，由于分布電阻很小，放電電衰減，由于分布電阻很小，放電電流很小，故產生很高的尖鋒電壓。流很小，故產生

19、很高的尖鋒電壓。提示：提示：尖鋒電壓與輸入電壓疊加在開關管兩端，容易擊穿開關管，需要加吸收或鉗位電路尖鋒電壓與輸入電壓疊加在開關管兩端，容易擊穿開關管，需要加吸收或鉗位電路開關導通瞬間，電源電壓加開關導通瞬間，電源電壓加至電感，由于電感的分布電至電感，由于電感的分布電容，產生一個高頻的容，產生一個高頻的LC振蕩，振蕩，因此產生了一個短暫的過沖因此產生了一個短暫的過沖點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/926GND測試結果分析(2-2)12VDCON輸出電壓不等于輸出電壓不等于12x0.9612x0.96（11.5V11.5V）現在還不是現在還不是BUCKBUC

20、K輸出電壓輸出電壓測試內容測試內容測試結果測試結果波形（波形（近似線性，相當于電感電流波形近似線性，相當于電感電流波形,CCM,CCM）電壓平均值（電壓平均值（6.32V6.32V，紋波電壓，紋波電壓3.6V(57%)3.6V(57%)）結果分析結果分析提示：提示：R11功耗大，溫度較高，小心燙傷，測試時間盡量不要太長。功耗大，溫度較高，小心燙傷，測試時間盡量不要太長。示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）示波器探頭示波器探頭輸出電壓輸出電壓測試內容測試內容點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/927 開環(huán)的BUCK電路測試測試內容測試內容1 1、開關管集電極電壓

21、（、開關管集電極電壓（與與PWMPWM反相反相）2 2、輸出電壓（、輸出電壓（11.5V11.5V，紋波減小，紋波減?。﹊nonCVV_尖鋒大幅減小offCV_先后接上先后接上D1、C5點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/928元件安裝12VDC示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）準備測試的內容準備測試的內容開關管集電極電壓開關管集電極電壓輸出電壓輸出電壓GND3071FRD VC25/475點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/929測試結果分析(3-1)12VDC示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）開關管集電極電壓開關管集電

22、極電壓GND測試內容測試內容測試結果測試結果波形（波形（占空比約占空比約96%96%，與，與PWMPWM波形反相波形反相）電壓（電壓（Max:12.6V,Max:12.6V,約等于約等于VinVin（12V12V），），Min:-4V,-156VMin:-4V,-156V）示波器探頭示波器探頭結果分析結果分析ONOFFD1在開關斷開時為電感提供了電流回路，放電電流大，故尖鋒電壓小在開關斷開時為電感提供了電流回路，放電電流大，故尖鋒電壓小點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/93012VDCGND測試結果分析(3-2)示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）示波器探頭

23、示波器探頭ONOFF未接未接C5時時接上接上C5后后輸出電壓輸出電壓測試內容測試內容電壓（電壓（紋波明顯減小，降到紋波明顯減小，降到1V1V）結果分析結果分析 （加入加入C5C5后，進一步降至后，進一步降至0.6V0.6V，3.6V3.6V） （平均值約平均值約11V,11V,與與BUCKBUCK電路的結果相符電路的結果相符）未接未接D1和和C5時時特別提示特別提示此時此時R11的電壓大幅升高至的電壓大幅升高至8V左左右功耗接近右功耗接近LED的的3倍，發(fā)熱量大，倍，發(fā)熱量大，溫度高，小心燙傷，測試時間量溫度高，小心燙傷，測試時間量短，否則有可能會燒壞短，否則有可能會燒壞R11。點石電子點石電

24、子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/931 穩(wěn)壓控制環(huán)測試測試內容測試內容1 1、輸出電壓（、輸出電壓（5V5V） （不隨輸入電壓變化不隨輸入電壓變化）2 2、開關管集電極電壓、開關管集電極電壓 （占空比約為占空比約為0.40.4）3 3、PWMPWM控制信號控制信號輸出電輸出電壓采樣壓采樣參考參考電壓電壓5V5V點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/932元件安裝kR1 . 55VC25/4704kR1 . 58準備測試的內容準備測試的內容開關管集電極電壓開關管集電極電壓輸出電壓輸出電壓PWM12VDC示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）G

25、ND點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/933測試結果分析(4-1)1030V示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）輸出電壓輸出電壓GND測試內容測試內容測試結果測試結果波形（波形（輕載時高頻紋波約輕載時高頻紋波約0.24V(0.24V(約約5%)5%)）電壓平均值（電壓平均值（5.12V 5.12V （5V+3%5V+3%）基本符合輸出要求，在輸入）基本符合輸出要求，在輸入1030V1030V范圍內無變化，穩(wěn)壓范圍內無變化，穩(wěn)壓）示波器探頭示波器探頭結果分析結果分析點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/934測試結果分析(4-2

26、)C極波形極波形PWM波形波形12VDC示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）開關管集電極電壓開關管集電極電壓GND測試內容測試內容測試結果測試結果示波器探頭示波器探頭結果分析結果分析PWM波形（波形（不穩(wěn)定不穩(wěn)定）（反饋環(huán)不穩(wěn)定反饋環(huán)不穩(wěn)定）（采取頻率補償采取頻率補償）點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/935測試結果分析(4-3)頻率補償頻率補償點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/936測試結果分析(4-3)12VDC示波器夾子示波器夾子（接地）（接地）開關管集電極電壓開關管集電極電壓GND測試內容測試內容示波器探頭示波器探

27、頭結果分析結果分析PWM波形（波形（穩(wěn)定穩(wěn)定）占空比實測值占空比實測值C極波形極波形測試結果測試結果PWM波形波形46. 092.3692.16ssD43. 01212. 5VVD占空比理論值占空比理論值ONOFF提示：提示：開關管對輸入電壓斬波后的平均值基本上等于輸出電壓的平均值。開關管對輸入電壓斬波后的平均值基本上等于輸出電壓的平均值。點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/937 過流保護工作點測試測試內容測試內容1 1、參考電壓（、參考電壓（0.143V0.143V）2 2、采樣電壓（、采樣電壓（R10R10兩端兩端） （輸出電流達到輸出電流達到1.3A1.3A）3 3、過流保護、過流保護VRRRVpin143. 0576715參考電壓參考電壓basamplesampleRRIV1010/采樣電壓采樣電壓ARRVIbasampleOCP3 . 111. 0143. 0/1010 （開關管斷開開關管斷開）點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子點石電子2021/3/938元件安裝kR1 . 56222. 010R1507RVVkVpin143. 051 . 515015015準備測試的內容準備測試的