BUCK電路手冊(cè)筆記

BUCK電路的簡(jiǎn)介串接晶體管的高功耗耗和笨重的工頻變壓器使得線性調(diào)整器的大散熱片和大體積儲(chǔ)能電容增大了線性調(diào)整器的體積。0.2~0.3W/in3，儲(chǔ)系統(tǒng)所需要的足夠長(zhǎng)的保持時(shí)間。20世紀(jì)60年月就開頭穩(wěn)壓電源。1.1.承受的是恒頻的工作方式，這種模式下的工作方式，功率開關(guān)管的通斷頻率f不變，即周期T不變，通過(guò)調(diào)整占空比〔TON

/T〕來(lái)調(diào)整輸出電壓。ON注T /T一般稱為占空比即一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間T 占ONON周期T的百分比。在某些書中也可以承受TON

/(TON

TOFF

來(lái)表示。TOFF

為功率開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間，TTON

T 。OFFBUCK電路的根本工作方式BUCK1.11.1BUCK電路的根本工作方式ON1.1，MOS管QVdc串聯(lián),Q的硬處形成方波電壓。承受恒頻把握方式，占空比可調(diào),QT。ONDQ導(dǎo)通時(shí)，V點(diǎn)電壓也應(yīng)為直流輸入電壓VdcQ導(dǎo)通，0〕，L，流出輸出端。等效模型如圖1.2。D1.2QLVD點(diǎn)電壓，快速流二極管”〕被導(dǎo)通，并鉗位于-0.8V1.3。1.3如此重復(fù)的工作······BUCK1.3MOSFETPWMPWM，占空比可調(diào)。Q導(dǎo)通時(shí)，VDVdc〔QQL產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，使得0D被導(dǎo)通，并鉗位于-0.8V0VVD的波形如圖〔b〕所示。電壓低于VdcL承受的電壓為〔Vdc-VO〕，由于Vdc,VO電壓流線性上升其斜率為I/t(VdcVo/L,L為電感量，此時(shí)電感內(nèi)MOSFET內(nèi)部1.4〔c〕所示。當(dāng)Q關(guān)斷時(shí)，VD點(diǎn)電壓，快速下降到0V〔假設(shè)二極管的導(dǎo)0V〕，而電感的電流不能突變，電感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)以DVD點(diǎn)電壓會(huì)變得很負(fù)以保持電感上的電流方向不變，但是此時(shí)續(xù)流二極管導(dǎo)DLMOSFET關(guān)斷完畢時(shí)，回到電流初始值VO電壓均為恒定值不變，所以電感L承受的電壓為〔VO+1〕V，續(xù)流二極管D 和電感 L 的電流下降斜率為I/tVo/LVo)/L1.〔d,1.4〔e〕。D依據(jù)基爾霍夫電流電流定律 KCL可知:電感的電流等于MOSFET的電流續(xù)流二極管D的電流之和即IL=IQ+I依據(jù)1.4〔c〕、〔d〕、〔e〕便可以看出。D注：電感的電流不能突變以直流電壓為例：開關(guān)閉合的瞬間，電感電流的變化趨勢(shì)〔從無(wú)到有電感自感電勢(shì)最強(qiáng)，線圈直流電阻。但是通常我們認(rèn)為的“電感的電流不能突變”是指通過(guò)線圈的電流。1.４BUCK電路的三種工作模式:連續(xù)工作模式，臨界工作模式和不連續(xù)工作模式。BUCKBUCK電路中電感的工作模I電流的變化。如圖〔a〕、〔b〕、〔c〕。L圖〔a〕連續(xù)工作模式圖〔b〕臨界工作模式不連續(xù)工作模式0V，為連續(xù)工作模式;0V，為臨界工作模式;期的導(dǎo)通之前，電感電流已經(jīng)下降為0V，為不連續(xù)工作模式。BUCK電路的測(cè)試與實(shí)物設(shè)計(jì)：PSIM〕BUCK電路〔連續(xù)工作模式〕的仿真測(cè)試1、BUCK電路〔連續(xù)工作模式〕1.51.5和續(xù)流二極管的正向?qū)▔航稻鶠椋埃肿ⅲ篜WM波的產(chǎn)生方式：1.7：1.7波形轉(zhuǎn)換原理如下：>鋸齒波壓如圖1.7的T 相輸入端電壓<鋸齒波的電壓輸出端ONPWM波。注：PWM波是占空比可調(diào)的方波。占空比是指高電平占一個(gè)方波周期的比例。BUCK〔連續(xù)工作模式〕1.6〔Ia0〕1.6BUCK電路〔臨界工作模式〕的仿真測(cè)試1、BUCK電路〔臨界工作模式〕1.71.72、BUCK電路〔臨界工作模式〕1.81.8BUCK電路〔不連續(xù)工作模式〕的仿真測(cè)試1、BUCK電路〔不連續(xù)工作模式〕1.91.92、BUCK電路〔不連續(xù)工作模式〕1.101.10BUCK電路的實(shí)物設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1、MOSFET的選??；2、續(xù)流二極管的選??；3、輸出電容的選?。?、變壓器電感的計(jì)算；5、PWM波的發(fā)生和電流放大電路；6、反響閉環(huán)的設(shè)計(jì)。1、MOSFET的選取；連續(xù)漏極電流〔ContinuousDrainCurrent〕R

DS(ON)

〔StaticDrain-SourceOn-StateResistance〕盡可能小，削減損耗。最大漏極源極電壓由BUCK電路的直流輸入電壓Vdc打算的；連續(xù)漏極電流由MOSFET的工作峰值電流打算1.4可知，BUCK電路工作于連續(xù)工作模式下，其負(fù)載電流IONIQ峰峰值的一半，

可知其峰值電流等于IQ

1I;2而II*Tt ON

;而TON

Vo*TVdcLL綜上，MOSFET 的工作峰值電流為I 1II

1*(VdcVo)*Vo*T ;ON 2

ON 2 L Vdc導(dǎo)通內(nèi)阻R 是取決于選取的MOSFET本身與BUCKDS(ON)電路無(wú)關(guān)，可以通過(guò)查找芯片手冊(cè)datasheet中的R 。DS(ON)2、續(xù)流二極管的選取:1Vrr〔Repetitivepeakvoltage〕；〔2〕最大整流電流〔平均值〕IOforwardrectifiedcurrent〕

〔Maximumaverage〔3〕反向恢復(fù)時(shí)間Trr〔ReverseRecoveryTime〕電路的直流輸入電壓Vdc打算的；最大整流電流〔平均值〕IO

由續(xù)流二極管的工作峰1.4〔c〕〔d〕可知，續(xù)流二極管的峰值電流和MOSFET 的工作峰值電流全都，計(jì)算方法全都，為I 1II

1*(VdcVo)*Vo*T；ON 2

ON 2 L VdcTrrf打算；3、輸出電容的選?。恢饕獏?shù):〔1〕耐壓值；〔2〕容值。BUCK〔VdcVo)打算的；容值依據(jù)設(shè)計(jì)要求的紋波電壓Vrr來(lái)確定〔念請(qǐng)看附錄〕；BUCK電路實(shí)物設(shè)計(jì)中的輸出電容，并非抱負(fù)電容。它可以等效為一個(gè)寄生電阻R ,一個(gè)電感L 和一個(gè)抱負(fù)電容C 串聯(lián)O O O而成的。如圖1.11。R 稱為等效串聯(lián)電阻〔ESR〕，L 稱為等效O OO

，等效串聯(lián)電阻RO〔ESR〕，等效串聯(lián)電感〔ESL〕LO三者一起打算的。1.11。但是對(duì)于低頻紋波電流，等效串聯(lián)電感〔ESL〕LO

可以無(wú)視不計(jì)，輸出電壓的紋波主要由抱負(fù)電容CO〔ESR〕來(lái)打算。

和等效串聯(lián)電阻RO500KHz〔ESL〕L O效串聯(lián)電阻RO

，可是一般的生產(chǎn)廠家都不會(huì)供給這方面數(shù)據(jù)，解電容，其R *C 值近似為一常數(shù)值，約為50*10 。O O因此要計(jì)算輸出電容CO

BUCK電路要求紋波電壓Vrr計(jì)算出等效串聯(lián)電阻R 。OR VrrI的算法與前面相像。O I然后依據(jù)CO

50*106RO

F，就可以計(jì)算出輸出電容的容值。種純硬件方法，以供參考。設(shè)計(jì)：輸入電壓Vdc=12V,設(shè)定輸入頻率f=25KHz,輸出電壓VO=5V，額定負(fù)載電流ION=5A，工作于連續(xù)工作模式下，且要10%50mV。1L的計(jì)算：L5VdcVo*Vo*TVdc*Ion

〔連續(xù)模式下〕由于T

14*105s所以代入上式得f

L=117uH,1.4〔c〕可知MOSFET率為I

(VdcVo，則I

(VdcVo)*Vo

0.997At L L T L Vdc而又由于BUCK電路工作于連續(xù)模式下，負(fù)載電流IQ峰峰值的一半，因此ＭＯＳＦＥＴ內(nèi)部電流最大為Ion1I5.50A，正向電壓為Vdc12V。因此選擇2MOSFET75NF75，75V>12V，連續(xù)漏極電流為80A>5.50A,而且75NF75MOSFET的內(nèi)阻RDS(on)9.5m，因此功耗格外小。 續(xù)流二管的續(xù)流電流峰值和IQ的峰值一樣，為Ion1I5.50A，而續(xù)流二極管的反向電壓為Vdc12V，頻率為225KHz,因此選取MBR20230肖特基二極管。MBR20230肖特基二極管參數(shù):最大整流電流〔平均值〕極管Trr＜10ns，〔25KHz〕,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了要求。3、輸出電容的選?。弧睼dcVo)=12V-5V=7V即可；輸出電容CRO O

Vrr=0.05015IC 50*106O RO

F=997uF1000uf,16V的電解電容。4、PWM的產(chǎn)生，承受集成芯片TL494，內(nèi)部帶有運(yùn)放，可以MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片是集成芯片IR2110.綜上，設(shè)計(jì)原理圖如圖1.3IR2110外圍配置電路請(qǐng)見TL494，IR2110整理筆記。常識(shí)”查詢：1、MOSFET的為什么需要驅(qū)動(dòng)；2MOSFET浮地驅(qū)動(dòng)問(wèn)題；3IR2110的自舉電路原理4、電壓跟隨器5、閉環(huán)把握電路如何實(shí)現(xiàn)？1.2附錄“根本常識(shí)”、MOSFET的為什么需要驅(qū)動(dòng)MOSFET道開通后維持適宜的柵源電壓(10～15V)，假設(shè)用一般把握芯片或單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，輸出電流不夠，輸出電壓也沒(méi)有這么高，所以需要驅(qū)動(dòng)器。有些把握芯片如UCC28C43自身集成了驅(qū)動(dòng)器，MOSFET。MOSFET不需要電流，是由于溝道開通后，不需要像BJT那樣必需維持一個(gè)基極電流IbMOSFET柵極電容充電。、MOSFET浮地驅(qū)動(dòng)問(wèn)題MOSFETS極之間不s極和地之間并未直接相連，所以必需浮地驅(qū)動(dòng)。gs極之間的電壓差必需高于開啟電壓時(shí)，MOSFET才會(huì)導(dǎo)通。、IR2110的自舉電路原理由于上橋臂的MOS一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷?。一般約10V左右，才能使MOS管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)Rds很小，甚至驅(qū)動(dòng)回路電壓的造成門極電壓不行能高于源極要求的電壓，上橋臂MOS 管也就不可以很好的導(dǎo)通了。解決的方法是，將上橋臂的驅(qū)動(dòng)電路懸浮起來(lái)，Vs接上橋臂MOS管的S極，作為驅(qū)動(dòng)電壓的參考點(diǎn)。將自舉電路中電容〔等于把握回路電壓減去一個(gè)隔離0.6V的電壓〕來(lái)供給對(duì)上橋臂的驅(qū)動(dòng)，使上橋臂MOS管可以很好的飽和導(dǎo)通。不用自舉電路是不行的。電壓跟隨器1。、特點(diǎn)：輸入阻抗高，而輸出阻抗低。(buffer)及隔離級(jí)。閉環(huán)把握電路如何實(shí)現(xiàn)？反響電壓經(jīng)過(guò)一個(gè)分壓器之后，經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓跟隨器，在饋到TL4941〔1號(hào)腳電壓越高，最高為芯片自帶的參考電位，PWM占空比越大?！惩啾壤糯蠛头聪啾壤糯缶€性