buck变换器的工作原理和降压原理等资料详细概述

　　对于变换器，大家自然较为熟悉。为增进大家对变换器的认识，本文将对buck变换器进行全面讲解。本文中，你将学到buck变换器的工作原理、buck变换器的降压原理、buck变换器的工作过程以及如何进行buck变换器设计。如果你对变换器具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

　　一、Buck变换器三种称法

　　1.降压变换器：输出电压小于输入电压。

　　2.串联开关稳压电源：单刀双掷开关（晶体管）串联于输入与输出之间。

　　3.三端开关型降压稳压电源：

　　1）输入与输出的一根线是公用的。

　　2）输出电压小于输入电压。

　　二、Buck变换器工作原理结构图

　　

　　图1 .Buck变换器的基本原理图

　　由上图可知，Buck变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（ErrorAmplifier，E/A），脉宽调制器（PulseWidthModulaTIon，PWM）和驱动电路。

　　三、Buck变换器工作过程分析

　　

　　图2.Buck变换器的工作过程

　　为了便于对Buck变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：

　　1）开关元件M1和二极管D1都是理想元件。它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零;

　　2）电容和电感同样是理想元件。电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。电容的等效串联电阻（EquivalentSeriesResistance，ESR）和等效串联电感（EquivalentSeriesinductance，ESL）等于零;

　　3）输出电压中的纹波电压和输出电压相比非常小，可以忽略不计。

　　4）采样网络R1和R2的阻抗很大，从而使得流经它们的电流可以忽略不计。

　　在以上假设的基础上，下面我们对Buck变换器的工作过程进行分析。

　　如图1所示，当开关元件M1导通时，电压V1与输出电压Vdc相等，晶体管D1处于反向截至状态，电流01=DI。电流11LMII=流经电感L1，电流线性增加。经过电容C1滤波后，产生输出电流OI和输出电压OV。采样网络R1和R2对输出电压OV进行采样得到电压信号SV，并与参考电压refV比较放大得到信号。如图1（a）所示，信号eaV和线性上升的三角波信号trV比较。当eatrVV》时，控制信号WMV和GV跳变为低，开关元件M1截至。此时，电感L1为了保持其电流1LI不变，电感L1中的磁场将改变电感L1两端的电压极性。这时二极管D1承受正向偏压，并有电流1DI流过，故称D1为续流二极管。若OLII《1时，电容C1处于放电状态，有利于输出电流OI和输出电压OV保持恒定。开关元件截至的状态一直保持到下一个周期的开始，当又一次满足条件treaVV《时，开关元件M1再次导通，重复上面的过程。

　　由分析可得，Buck变换器的工作过程可分为两部分：

　　1）开关（晶体管）导通：二极管D1截止;电感电流线性增加并储能;电容充电储能;输出电压Vo。

　　2）开关（晶体管）关断：二极管D1导通;电感释放能量;电容放电;输出Vo。

　　四、Buck变换器的两种工作模式

　　按电感电流1LI在每个周期开始时是否从零开始，Buck变换器的工作模式可以分为电感电流连续工作模式（ConTInuousConducTIonMode，CCM）和电感电流不连续工作模式（DisconTInuousConductionMode，DCM）两种。两种工作模式的主要波形图如图2.4所示。下面分别对这两种工作模式进行分析。

　　

　　图4 Buck变换器的主要工作波形图

　　五、buck变换器设计

　　BUCK变换器在一些大功率的开关电源电路设计中，是非常常见的设计元件之一，其本身具有高转化率、高适应性等优势，能够为工程师的产品设计研发带来极大帮助。本文教大家自制buck变换器。

　　（一）控制回路的设计

　　控制回路的原理图如下图所示：

　　

　　控制回路的原理图

　　（二）主回路的设计

　　主回路电路图如下图所示：

　　

　　主回路电路图

　　（三）主回路参数的计算

　　输入电压选定为20V。因为输入Vs=20V，输出V0=10V，所以D=1/2。由于开关频率是30KHz。

　　由于瞬时电流（最大电流）不能超过0.5A，所以根据

　　

　　可以得到L》=3.3*10^3H，所以选取电感681又由于

　　

　　得R》=40，所以选取电阻为47Ω。

　　要求电流连续，所以