buck電路原理課件

PowerSupply電源ByAdlsong放電電池Li+/Li-Poly3~4.2V

NiMH/Akaline0.9~1.5V 太陽(yáng)能/燃燒電池

作用

主/背份電源類型初級(jí)次級(jí)管理

保護(hù)GasGauge安全功率轉(zhuǎn)換負(fù)載充電電源適配器

5V/9V/12V/24V精度±10%開(kāi)關(guān)汽車插頭USB

4.5V~5.25V電流100/500mARFIC

要求低噪聲標(biāo)準(zhǔn)IC

5V//3.3V/2.5V/1.8VVcore顯示

LED/FlashLCD/OLED/ELBiasCCFL馬達(dá)/感性

VibratorHDDUSBHost

PortsOthers

Tuner…POWERSUPPLYCHOOSETOPOLOGYTopoLDOInductorBaseBuckBoostSepicCukBuckBoost4開(kāi)關(guān)BuckBoostVo>Vin升壓Vo<Vin降壓Vinmin<Vo<Vinmax升降壓Vo<0負(fù)壓LDO線性電源LDO①低效率,短電池壽命,效率=Vo/Vin

壓差=Vin-Vo

②小尺寸,低輸出電流,成本低,容易設(shè)計(jì)③輸出干凈④只能降壓工作在線性區(qū)相當(dāng)于一個(gè)可變電阻基準(zhǔn)電壓①并聯(lián)基準(zhǔn)具有與齊納二極管等效功能的電壓基準(zhǔn)。必須將偏置電流設(shè)定得比最大靜態(tài)電流與最大預(yù)期負(fù)載電流之和更高。由于并聯(lián)基準(zhǔn)通常是采用一個(gè)電阻器來(lái)施加偏壓，因此它們能夠在各種輸入電壓條件下操作。

②串聯(lián)基準(zhǔn)

具有與三端穩(wěn)壓器相似功能的電壓基準(zhǔn)。帶負(fù)載能力強(qiáng):從輸入電源吸收負(fù)載電流和靜態(tài)電流?；鶞?zhǔn)電壓開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源

①高效率,長(zhǎng)電池壽命,大電流

②大尺寸,成本高③輸出噪聲,降壓/升壓/負(fù)壓BUCKBOOSTBUCKBOOSTSEPICCUKBuck變換器降壓調(diào)節(jié)器BUCK開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,電感激磁,電流線性上升開(kāi)關(guān)管關(guān)斷,電感去磁,電流線性下降BUCKBUCKBton:激磁toff:去磁Votoff=

(Vin–Vo)tonVo=D

Vin其中:D=Ton/T忽略功率損耗:Vin

Iin=Vo

IoIin=IL=Io/D=恒定伏秒值平衡:BUCK在重負(fù)載電流時(shí)IAVE>?IRipple電感的電流總是由正方向流動(dòng)電流不會(huì)降到0PWM控制,恒定開(kāi)關(guān)頻率工作改變占空式調(diào)節(jié)輸出由于開(kāi)關(guān)頻率固定，噪聲頻譜固定，噪聲頻譜相對(duì)窄，使用簡(jiǎn)單濾波技術(shù)就可以極大程度的減小峰峰電壓紋波。BUCKCCM連續(xù)電流模式噪聲不容易濾除在輕負(fù)載電流時(shí)IAVE<

?IRipple電感的電流(能量)完全放電到0,在電流降到0時(shí)刻，二極管自然關(guān)斷,阻擋電感電流的反向流動(dòng)，輸出由電容提供,紋波大.開(kāi)關(guān)頻率及輸出電壓和負(fù)載電流相關(guān)BUCKDCM不連續(xù)電流模式CCMDCMBUCKCCM有最小輸出負(fù)載電流要求輸出負(fù)載電流下降從CCM-DCM輸出電容紋波:注意:iL>Io時(shí)Cout

充電方法2:積累電荷方法1:在充電時(shí)間積分

考慮ESR:BUCK

最惡劣情況:U=UO1+UO2臨界工作模式(介于DCM和CCM邊界)DCM1伏秒值平衡2功率平衡BUCK同步Buck變換器1續(xù)流二極管換為功率MOSFET2應(yīng)用于低電壓大電流低電壓低占空比,續(xù)流管導(dǎo)通更長(zhǎng)時(shí)間3高效率BUCK大的輸出電流時(shí),同步管用幾個(gè)MOSFET并聯(lián)以減小導(dǎo)通電阻同時(shí)有利于散熱①功率MOSFET

VDDS>Vinmax，IDmax>Io+I/2BUCK元件選?、诶m(xù)流二極管或同步MOSFETVRRM

或VDDS>Vinmax，IF(AV)或IDmax>Io(1-D)③電感L>VODMIN/fI，I=0.2~0.4IO，飽和電流Isat>Io+I/2④PCB：輸出地回路電流連續(xù)，輸出地為干凈地以D的正極為單點(diǎn)地BUCK變換器輕載時(shí)操作控制技術(shù)BUCK1強(qiáng)迫CCM模式2跳脈沖模式(定頻DCM到變頻)3突發(fā)模式BurstMode電感中的電流在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的某一段時(shí)間內(nèi)可以反向流動(dòng)允許電感電流反向流動(dòng)優(yōu)點(diǎn)輸出紋波電壓和頻率在整個(gè)負(fù)載變化范圍內(nèi)恒定，容易濾除噪聲適合于通訊等要求干擾噪聲低的應(yīng)用0BUCK強(qiáng)迫CCM模式對(duì)于同步BUCK當(dāng)電感的電流為0時(shí),同步MOSFET仍然導(dǎo)通,電感電流反向激磁,電感電流反向流動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生功率消耗從而降低效率允許調(diào)節(jié)器跳掉一些不需要的脈沖，從而極大的提高輕載的效率一個(gè)脈沖將對(duì)輸出電容充電維持足夠的輸出能量，從而可以跳掉一個(gè)或幾個(gè)脈沖。當(dāng)輸出電壓降到調(diào)節(jié)的閾值電壓以下時(shí)，一個(gè)新的脈沖開(kāi)始輸出電壓紋波頻率與負(fù)載電壓成正比，在脈沖之間只有靜態(tài)電流Iq產(chǎn)生的功耗。只對(duì)輸出電壓進(jìn)行處理，不需要對(duì)檢測(cè)的電流進(jìn)行處理提高了輕載時(shí)效率但噪聲大，因?yàn)閷?shí)際的開(kāi)關(guān)頻率不固定0BUCK跳脈沖模式縮短激活模式的時(shí)間，從而延長(zhǎng)系統(tǒng)待機(jī)的時(shí)間，最低的靜態(tài)電流Iq功率損耗準(zhǔn)disable控制器，直到輸出電壓到達(dá)設(shè)定的下限閾值電壓，滯回控制用脈沖突發(fā)抬高輸出電壓直到輸出電壓到達(dá)設(shè)定的上限閾值電壓三種模式中噪聲最大需要電流檢測(cè)當(dāng)要求的輸出電流降到內(nèi)部設(shè)定的閾值時(shí)。

元件關(guān)斷內(nèi)部的振蕩器進(jìn)入低電流工作狀態(tài)保持低電流的工作，直到輸出電壓降到足夠低要求另一次的電流突發(fā)BUCK突發(fā)模式突發(fā)模式跳脈沖模式提供最好的低負(fù)載電流效率但輸出電壓紋波高提供最低的輸出電壓電流紋波但低負(fù)載電流效率差BUCK突發(fā)模式具有最高輕載效率，其次是跳脈沖模式，強(qiáng)迫CCM模式輕載效率最低強(qiáng)迫CCM模式具有最好輕載調(diào)整率，其次跳脈沖模式，突發(fā)模式輕載調(diào)整率最差效率與輕載調(diào)整率BUCKBUCK變換器控制方法BUCK1電壓模式2電流模式：峰值電流，平均電流，谷點(diǎn)電流VinLCrcRVoPWMddComparatorslopeComp.VrefR1R2誤差放大器補(bǔ)償功率級(jí)：控制對(duì)輸出vcVCsloped·TsTsVFBd=k·Vc電壓模式控制BUCK變換器BUCKBUCK優(yōu)點(diǎn):

不需要精密的電流檢測(cè)電阻供最缺點(diǎn)缺點(diǎn)

1環(huán)路增益是輸入電壓的函數(shù),需要輸入電壓前饋

2環(huán)路增益是輸出電容ESR的函數(shù),需要仔細(xì)設(shè)計(jì)補(bǔ)償環(huán)路

3電流檢測(cè)/限流控制緩慢不準(zhǔn)確

4如果多個(gè)電源和多個(gè)并聯(lián)相位操作,需要外部電路進(jìn)行均流控制電壓模式控制BUCK變換器VinLCrcRsenseRVoPWMdvod比較器slopecompvcgmRoCthRthCthp補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)VrefR1R2C1C2Kref(s)igmveainiLfeedbackITHEAINKi誤差放大器峰值電流模式控制BUCK變換器BUCKBUCK優(yōu)點(diǎn):

1內(nèi)在固有的精確/快速脈沖限流

2真正的電感電流軟起始

3對(duì)于所有陶冶電容容易設(shè)計(jì)補(bǔ)償環(huán)路

4易實(shí)現(xiàn)多個(gè)相位/多個(gè)變換器并聯(lián)操作得到更大輸出電流

5精確/快速的電流均流

6可靠性高缺點(diǎn)

需要精密的電流檢測(cè)電阻,影響效率和成本峰值電流模式控制BUCK變換器BUCK優(yōu)點(diǎn):準(zhǔn)確的電流檢測(cè)缺點(diǎn)

1需在電流平均化處理，即電流誤差放大器。

2響應(yīng)慢

3需要精密的電流檢測(cè)電阻,影響效率和成本平均電流模式控制BUCK變換器應(yīng)用:APFC的CCM模式LCrcRVoPWMdvodComparatorvIthgmRoCthRthCthpVrefR1R2C1Kref(s)igmveainiLxRds(on)ITHEAIN補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)誤差放大器谷點(diǎn)電流模式控制BUCK變換器BUCKVIth

IoiLiLXRds(on)VIth=iLXRds(on)上管導(dǎo)通固定時(shí)間下管變化導(dǎo)通時(shí)間下管變化導(dǎo)通時(shí)間調(diào)節(jié)輸出電壓VO上管驅(qū)動(dòng)信號(hào)BUCK同步管開(kāi)始導(dǎo)通同步管關(guān)斷iLIo谷點(diǎn)電流模式負(fù)載從0A跳到5A峰值電流模式負(fù)載從0A跳到5A從當(dāng)前的脈沖周期響應(yīng)從下一個(gè)脈沖周期響應(yīng)快速負(fù)載響應(yīng):電感的電流波形BUCK兩種控制

定頻工作:時(shí)鐘沿關(guān)斷功率管，谷點(diǎn)電流處開(kāi)通功率管

變頻工作:開(kāi)通功率管，到固定的導(dǎo)通時(shí)間時(shí)關(guān)斷功率管，谷點(diǎn)電流處開(kāi)通功率管變頻工作

1寬輸入電壓2不需要電流檢測(cè)電阻，快響應(yīng)3低占空比易檢測(cè)電流4變頻工作電感設(shè)計(jì)不易優(yōu)化5要限制高的占空比和最大頻率6多相工作不能準(zhǔn)確均流，多相工作PCB設(shè)計(jì)要仔細(xì)BUCK谷點(diǎn)電流模式控制BUCK變換器1電流模式僅需陶瓷輸出電容和