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Buck電路的工作波形

jf_78858299 ? 來源:硬件十萬個為什么 ? 作者: 硬十 ? 2023-04-27 16:49 ? 次閱讀

Buck電路雖然是我們日常工作中經常用到的電路,因為其構造有多種情況,各個廠家有一些自己定義的命名,導致很多工程師理解上會有差異和錯誤。如前文所述,Buck電路分為同步Buck控制器和非同步Buck控制器,我們分別看下兩種電路的各個環節的波形。

①非同步Buck電路

完整的非同步Buck電路如圖5.9所示。

圖片

圖5.9 非同步Buck典型電路

注意圖中,字母標識位置。

我們先看功率路徑(能量傳遞路徑)的波形。首先輸入的是一個直流電壓Vin,電壓稍微高一些,例如直流12V、24V、48V等等。最終輸出的電壓也是一個直流電壓Vout,是我們最終生成的供電電壓,例如直流5V、3.3V等。

開關管MOSFET在圖中為Q1, Vin接在開關管的一端,波形如圖5.10(a)所示。通過Q1導通和關斷,在Phase點產生方波電壓, 波形如圖5.10(b)所示。控制開關管的控制信號保持周期值不變,通過調整占空比,控制通過Q1的導通時間T on ,通過控制導通時間控制高壓的時間,來調整輸出的能量。Q1導通時,Phase點電壓為Vin(Q1導通時,理想狀態我們可以認為Q1完全導通電阻為0),電感兩端的電壓分別為Vin和Vout,電流通過串接電感L1流入輸出端。

Q1關斷時,二極管參與電流回路,與電感串聯,通過功率電流,為輸出供電。電感L1會保持原來的電流方向,并且試圖保持原來大小,成為了一個能量提供的器件,瞬間形成了一個反向電動勢。電感右邊的電壓仍然是輸出電壓,電感的左邊會從Vin瞬間變成一個負壓。二極管從截止狀態,變成正向導通狀態,二極管的正端為0V(GND),它因為有正向導通壓降,其負端的電壓是一個負壓。此時Phase點的電壓也就變成了一個負壓。

結合Q1開關的過程,我們可以發現Q1的Phase點電壓波形是一個矩形波。

采樣電阻R1和R2檢測輸出電壓Vout,如圖5.10(c),兩個電阻分壓后輸出一個電壓如圖5.10(d)所示,并將其輸入誤差放大器(EA)與參考電壓Vref進行比較,如圖5.10(e)。被放大誤差電壓Vea被輸入到脈沖調制器(電壓比較器)中。這個比較器的另一個輸入是周期為T的鋸齒波如圖5.10(f)所示,圖中的案例為幅值3V。PWM電壓比較器產生的矩形脈沖波。聽從鋸齒波的起點開始到鋸齒波與誤差放大器輸出電壓交點結束。因此PWM輸出的脈沖寬度Ton與誤差放大器EA輸出的電壓成正比,如圖5.10(g)所示。

PWM脈沖輸入到電流放大器(驅動器)并以負反饋方式控制開關管Q1的通斷。

圖片

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