BUCK电源案例之三角波原理

我们确定了Buck拓扑中器件的的参数，如图一示，接下来分析一下Nmos管NO和OFF时电路的状态，当N管导通时，S端的电压为30V，而Vgs阈值电压是3V，那也就是说需要G点的电压达到33V，N管才会导通，那输入电压才是30V哪里来的33V呢，如果再做一个升压电路或者其他方式得到一个33V电压那是不是成本会升高，这不是我们追求的，所以需要另想办法来解决这个问题，来看一下N管的阈值电压是3V那也就是说Vgs压差到达3V就可以，注意的这里说的是压差，不是对地压降，那我们是不是可以把S端作为N管导通的“地”呢，在这里的地不是真正的地只是一个参考地，那来看一下图二示用AGND表示。

（▲图一）

（▲图二）

那是不是N管的前级驱动电路都要踩在这个AGND上才可以，为什么这样说呢，来看一下，假设有个一占空比40%的方波，高电平12V低电平0V,踩在绝对地上，接在G端，初始上电Vgs>3V,N管导通，通过电感给电容充电，但是N管一但导通，S端的电压就会瞬间上升到30V，此时Vgs<3v，N管关断，因为ON时，给输出电容充的有电，那OFF时就会产生续流回路，S端会是-0.7V电压，此时Vgs>3V,N管会再次导通，如此周而复始，MOS管无法正常导通，输出电压也无法达到要求,而且这个过程中MOS管处于放大状态，极易损坏，所以想要MOS管持续稳定导通，需要满足Vgs≥3V，所以需要以S端为地，踩在S端需要G端电压根据S端电压变化而变化，那我们来看一下图三示，一个小船携带12V的电压漂浮在海平面上与海平面形成12V压差。

（▲图三）

当海平面的海水发生变化潮起潮落时如图四示，小船的高度也会随之发生改变，但是小船和海平面始终保持12V压差，那回到我们电路中来什么器件能储存电压，是不是电容呢？

（▲图四）

接下来看看这个电容该怎么接,踩在S端随波逐流如图五示，这个电容就是自举电容,只有这样当MOS管导通时，S端为1V时，G端为13V,S端为5V时，G端为17V,S端为30V时，G端为42V,也就是说需要G端电压跟随S端电压变化而变化。

（▲图五）

我们确定了Buck拓扑中器件的的参数知道MOS管的导通条件，接下来看看前级驱动电路该怎么设计，之间分析Buck拓扑的时候说过，开关需要按照周期性的通断才能保证电感不饱和、不损坏，那这个PWM的波形该怎么实现呢？

PWM波实际上也叫方波，是一个数字输出，只有高低两个状态，那能输出高低电平的器件是什么呢？是不是比较器啊，比较器输出是一个方波那比较器的输入是什么呢？

比如说比较器输出高时，那是不是正输入端高于负输入端，如果比较器的正输入端电平可以移动，那是不是可以改变比较器输出高电平的时间，那来看一下比较器的负输入端，输出是PWM波，那输入肯定有一个周期性的波形，不然无法输出有周期性的波形，那周期性的波形有哪些呢，方波、三角波、锯齿波、正弦波等等，那这几种波形哪个相对来说更好做是不是三角波更容易一些。

如何得到三角波

我们BUCK的占空比是40%是一定的，那也就是说三角波的频率也是一定的，那想要三角波频率一定需要怎么做呢？我们来看下图六示，第一个波和第二个波的斜率是相同的但是幅值不同，频率也会不同，看一下第一个和第三个波形幅值相同，斜率不同，频率也不相同，所以得出一个结论，想要频率一定的话需要保证幅值、斜率都是相同的，这样才能才能保证频率是相同的，如图七示，那可以用什么器件实现呢？

（▲图六）

（▲图七）

可以使用电容是吧，但是电容的充电波形和放电波形都是有大拐角的如图八示，画的和实际上有偏差，作为说明理解是可以使用的，怎样才能避开这个大拐角呢？

（▲图八）

是不是要让电容上的电充不满，也放不完，如图九示是不是需这段时间内电容的充放电斜率是很陡的，近似看做直线。

（▲图九）

我们把充放电的斜率往右移一点再看图十示,在到达充电大拐角之前打开放电回路，那电容的电会往下降就避开了充电大拐角，在放电过程中未到达放电大拐角时打开充电电路，那电容的电压会往上升，如此往复循环就会在电容上形成一个三角波。

（▲图十）

这里充电和放电电压是两个阈值电压，高于多少电压放电，低于多少电压充电，我们说三角波每个周期都是固定的，那是不是也需要每个周期的充电回路不变，那每个周期的放电回路也是不变的，结论就是充电阻抗和放电阻抗在每个周期都是不变的。

综合上面的信息，有两个阈值是不是很容易就想到了双阈值电路，滞回比较器呀，当然也可以使用数字电路实现双阈值因为输出方波我们已经使用一个比较器了，所以这里我们继续选择使用比较器，我的恩师曾说过，有好的思路才能有好的电路，如今思路我们已经有了，接下来就开始用电路实现我们的思路。

　　审核编辑：汤梓红