buck變換器工作原理_Buck變換器的降壓原理分析

1、Buck變換器另外三種叫法

1.降壓變換器：輸出電壓小于輸入電壓。

2.串聯開關穩壓電源：單刀雙擲開關（晶體管）串聯于輸入與輸出之間。

3.三端開關型降壓穩壓電源：

1）輸入與輸出的一根線是公用的。

2）輸出電壓小于輸入電壓。

2、Buck變換器工作原理結構圖

圖1 .Buck變換器的基本原理圖

由上圖可知，Buck變換器主要包括：開關元件M1，二極管D1，電感L1，電容C1和反饋環路。而一般的反饋環路由四部分組成：采樣網絡，誤差放大器（ErrorAmplifier，E/A），脈寬調制器（PulseWidthModulation，PWM）和驅動電路。

3、Buck變換器工作過程分析

圖2.Buck變換器的工作過程

為了便于對Buck變換器基本工作原理的分析，我們首先作以下幾點合理的假設：

1）開關元件M1和二極管D1都是理想元件。它們可以快速的導通和關斷，且導通時壓降為零，關斷時漏電流為零；

2）電容和電感同樣是理想元件。電感工作在線性區而未飽和時，寄生電阻等于零。電容的等效串聯電阻（EquivalentSeriesResistance，ESR）和等效串聯電感（EquivalentSeriesinductance，ESL）等于零；

3）輸出電壓中的紋波電壓和輸出電壓相比非常小，可以忽略不計。

4）采樣網絡R1和R2的阻抗很大，從而使得流經它們的電流可以忽略不計。

在以上假設的基礎上，下面我們對Buck變換器的工作過程進行分析。

如圖1所示，當開關元件M1導通時，電壓V1與輸出電壓Vdc相等，晶體管D1處于反向截至狀態，電流01?DI。電流11LMII?流經電感L1，電流線性增加。經過電容C1濾波后，產生輸出電流OI和輸出電壓OV。采樣網絡R1和R2對輸出電壓OV進行采樣得到電壓信號SV，并與參考電壓refV比較放大得到信號。如圖1（a）所示，信號eaV和線性上升的三角波信號trV比較。當eatrVV?時，控制信號WMV和GV跳變為低，開關元件M1截至。此時，電感L1為了保持其電流1LI不變，電感L1中的磁場將改變電感L1兩端的電壓極性。這時二極管D1承受正向偏壓，并有電流1DI流過，故稱D1為續流二極管。若OLII?1時，電容C1處于放電狀態，有利于輸出電流OI和輸出電壓OV保持恒定。開關元件截至的狀態一直保持到下一個周期的開始，當又一次滿足條件treaVV?時，開關元件M1再次導通，重復上面的過程。

由分析可得，Buck變換器的工作過程可分為兩部分：

1）開關（晶體管）導通：二極管D1截止；電感電流線性增加并儲能；電容充電儲能；輸出電壓Vo。

2）開關（晶體管）關斷：二極管D1導通；電感釋放能量；電容放電；輸出Vo。

4、Buck變換器的兩種工作模式

按電感電流1LI在每個周期開始時是否從零開始，Buck變換器的工作模式可以分為電感電流連續工作模式（ContinuousConductionMode，CCM）和電感電流不連續工作模式（DiscontinuousConductionMode，DCM）兩種。兩種工作模式的主要波形圖如圖2.4所示。下面分別對這兩種工作模式進行分析。

圖4 ?Buck變換器的主要工作波形圖