buck電路原理(包你明白)課件

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

NiMH/Akaline0.9~1.5V 太陽能/燃燒電池

作用

主/背份電源類型初級次級管理

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…POWERSUPPLY放電電池Li+/Li-PolyNiMH/Akaline太陽能CHOOSETOPOLOGYTopoLDOInductorBaseBuckBoostSepicCukBuckBoost4開關(guān)BuckBoostVo>Vin升壓Vo<Vin降壓Vinmin<Vo<Vinmax升降壓Vo<0負(fù)壓CHOOSETOPOLOGYInductorBaseBuLDO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)于一個可變電阻LDO線性電源LDO工作在線性區(qū)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)通常是采用一個電阻器來施加偏壓，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)電壓基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓開關(guān)電源開關(guān)電源

①高效率,長電池壽命,大電流

②大尺寸,成本高③輸出噪聲,降壓/升壓/負(fù)壓BUCKBOOSTBUCKBOOSTSEPICCUK開關(guān)電源開關(guān)電源BUCKBOOSTBUCKBOOSTSEBuck變換器降壓調(diào)節(jié)器BUCKBuck變換器降壓調(diào)節(jié)器BUCK開關(guān)管導(dǎo)通,電感激磁,電流線性上升開關(guān)管關(guān)斷,電感去磁,電流線性下降BUCK開關(guān)管導(dǎo)通,電感激磁,電流線性上升開關(guān)管關(guān)斷,電感去磁,電BUCKBton: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:BUCKBton:激磁toff:去磁VotofBUCKBUCK在重負(fù)載電流時(shí)IAVE>?IRipple電感的電流總是由正方向流動電流不會降到0PWM控制,恒定開關(guān)頻率工作改變占空式調(diào)節(jié)輸出由于開關(guān)頻率固定，噪聲頻譜固定，噪聲頻譜相對窄，使用簡單濾波技術(shù)就可以極大程度的減小峰峰電壓紋波。BUCKCCM連續(xù)電流模式在重負(fù)載電流時(shí)由于開關(guān)頻率固定，噪聲頻譜固定，噪聲頻譜相對窄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，輸出由電容提供,紋波大.開關(guān)頻率及輸出電壓和負(fù)載電流相關(guān)BUCKDCM不連續(xù)電流模式噪聲不容易濾除在輕負(fù)載電流時(shí)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-DCMCCMDCMBUCKCCM有最小輸出負(fù)載電流要求輸出負(fù)載電流輸出電容紋波: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輸出電容紋波:方法2:積累電荷方法1:在充電時(shí)間積分考臨界工作模式(介于DCM和CCM邊界)DCM1伏秒值平衡2功率平衡BUCK臨界工作模式(介于DCM和CCM邊界)DCM1伏秒值平衡2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)通更長時(shí)間3高效率BUCK大的輸出電流時(shí),同步管用幾個MOSFET并聯(lián)以減小導(dǎo)通電阻同時(shí)有利于散熱同步Buck變換器BUCK大的輸出電流時(shí),同步管用幾個MOS①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①功率MOSFETBUCK元件選?、诶m(xù)流二極管或同步MOSFBUCK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BurstModeBUCK變換器輕載時(shí)操作控制技術(shù)BUCK1強(qiáng)迫CCM模式電感中的電流在一個開關(guān)周期中的某一段時(shí)間內(nèi)可以反向流動允許電感電流反向流動優(yōu)點(diǎn)輸出紋波電壓和頻率在整個負(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,電感電流反向流動環(huán)流產(chǎn)生功率消耗從而降低效率電感中的電流在一個開關(guān)周期中的某一段時(shí)間內(nèi)可以反向流動允許電允許調(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脈沖將對輸出電容充電維持足夠的輸出能量，從而可以跳掉一個或幾個脈沖。當(dāng)輸出電壓降到調(diào)節(jié)的閾值電壓以下時(shí)，一個新的脈沖開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。只對輸出電壓進(jìn)行處理，不需要對檢測的電流進(jìn)行處理提高了輕載時(shí)效率但噪聲大，因?yàn)閷?shí)際的開關(guān)頻率不固定0BUCK跳脈沖模式允許調(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提高縮短激活模式的時(shí)間，從而延長系統(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)模式縮短激活模式的時(shí)間，從而延長系統(tǒng)待機(jī)的時(shí)間，最低的靜態(tài)電流I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)模式跳脈沖模式提供最好的低負(fù)載電流效率提供最低的輸出電壓突發(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BUCK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BUCK變換器控制方法BUCK1電壓模式VinLCrcRVoPWMddComparatorslopeComp.VrefR1R2誤差放大器補(bǔ)償功率級：控制對輸出vcVCsloped·TsTsVFBd=k·Vc電壓模式控制BUCK變換器BUCKVinLCrcRVoPWMddComparatorslopeBUCK優(yōu)點(diǎn):

不需要精密的電流檢測電阻供最缺點(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/限流控制緩慢不準(zhǔn)確

4如果多個電源和多個并聯(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BUCK優(yōu)點(diǎn):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BUCKVinLCrcRsenseRVoPWMdvod比較器slopBUCK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)多個相位/多個變換器并聯(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):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BUCK優(yōu)點(diǎn):平均電流模式控制BUCK變換器應(yīng)用:APFCLCrcRVoPWMdvodComparatorvIthgmRoCthRthCthpVrefR1R2C1Kref(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BUCKLCrcRVoPWMdvodComparatorvIthgmVIth

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)動信號BUCK同步管開始導(dǎo)通同步管關(guān)斷VIthIoiLiLXRds(on)VIth=iLiLIo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)從下一個脈沖周期響應(yīng)快速負(fù)載響應(yīng):電感的電流波形BUCKiLIo谷點(diǎn)電流模式峰值電流模式從當(dāng)前的脈沖周期響應(yīng)從下一個兩種控制

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

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

1寬輸入電壓2不需要電流檢測電阻，快響應(yīng)3低占空比易檢測電流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變換器兩種控制BUCK谷點(diǎn)電流模式控制BUCK變換器1