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最新BUCK电路学习笔记资料
Buck电路学习笔记
Buck电路基本框图:
图1.1
Buck电路的控制方式:
(1):
脉冲调制型:
保持开关周期T不变,调节开关导通时刻ton,(PWM:
PulseWidthModulation)最常用,最容易实现
(2):
频率调制(调频型):
保持开关导通时间ton不变,改变开关周期T.
(3):
混合调制:
同时改变ton和T,使得占空比ton/T发生改变。
Buck电路基本工作方式
MOS管Q和直流输入电压Vdc串联,通过Q的硬开通和硬关断,在VD处形成方波电压。
采用恒频控制方式,占空比可调,Q导通时间为TON。
A:
Q导通时,VD点电压也应为直流输入电压(设Q导通,压降为0),电流流经串接电感L,流出输出端。
此时电感储能,并向电容C充电。
等效模型如下图:
图1.2
B:
Q关断时,电感L产生反电动势,使得VD点电压,迅速下降到0,便变为负值直至二极管D(因其续流作用而被称为“续流二极管”)被导通,并钳位于-0.8V。
通过二极管续流,释放能量,电容C向负载供电。
等效模型如下图:
图1.3
Buck电路波形分析:
图1.4Buck电路工作波形图
图1.4(a)为MOSFET的PWM驱动波形PWM,占空比可调。
当Q导通时,VD点电压也应为直流输入电压Vdc(设Q导通,压降为0),当Q关断时,电感L产生反电动势,使得VD点电压,迅速下降到0,便变为负值直至二极管D被导通,并钳位于-0.8V。
此时假设二极管的导通压降为0V,则VD的波形如图(b)所示。
当Q导通时,VD点电压直流输入电压Vdc,由于VO电压低于Vdc,电感L承受的电压为(Vdc-VO),因为Vdc,VO电压均为恒定值,所以电感两端的电压保持恒定,因此流经电感的电流线性上升其斜率为,L为电感量,此时电感内部的电流变化如图1.4(e)所示的上升斜坡,而MOSFET内部的电流如图1.4(c)所示。
当Q关断时,VD点电压,迅速下降到0V(假设二极管的导通压降为0V),而电感的电流不能突变,电感产生反电动势以维持原来建立的电流,若未接续流二极管D,则VD点电压会变得很负以保持电感上的电流方向不变,但是此时续流二极管导通,使得电感前端的电压比地电位低于一个二极管的导通压降。
此时电感上的极性反相,使得流经续流二极管D和电感L的电流线性下降,直到MOSFET关断结束时,回到电流初始值Ia。
因为VD点电压被钳位于1V(二极管的导通压降近似为1V),VO电压均为恒定值不变,所以电感L承受的电压为(VO+1)V,续流二极管D和电感L的电流下降斜率为,续流二极管的电流变化如图1.4(d),电感的电流如图1.4(e)。
根据基尔霍夫电流电流定律KCL可知:
电感的电流等于MOSFET的电流,续流二极管D的电流之和,即IL=IQ+ID。
根据图1.4(c)、(d)、(e)便可以看出。
Buck电路的三种工作模式:
(1)连续工作模式
(2)临界工作模式
(3)不连续工作模式
判别条件为:
电流连续的条件为:
其中,,
BUCK电路PSIM开环仿真:
(1)PWM波形的产生方式:
PWM波产生控制框图
单极性调制的方式产生PWM波的波形图
生成PWM波的原理:
电压比较器的同相输入端(“+”端)为一个基准电压,反相输入端为一个周期为T的锯齿波,当同相输入端电压>锯齿波的电压,输出端为高电平,电压幅值取决于电压比较器的供电电压,当同相输入端电压<锯齿波的电压,输出端为低电平。
在做闭环反馈时,只需要通过反馈环节不断的修改基准电压便可以产生可调的PWM波。
在进行PWM时,常用的方法有单极性调制和双极性调制两种方法。
其中调制波最常用的是正弦交流和直流电压源。
Buck电路主电路(连续工作模式)
连续工作模式
工作波形
输入输出关系
如图看见,输出电压大约为输入的一般,但是输出电压在启动时有较大的超调,且纹波较大。
我们采用增大输出滤波电容的方式抑制输出纹波,当输出电容改为220uF时,输出波形如下图:
纹波明显有所减小。
过冲依然存在。
我们尝试着加大电感来抑制过冲。
如下图我们把电感改为1000uH时,并没有有效的抑制过冲,并且调节时间被加大了,所以我觉得更为理想的方法应该是采用闭环控制。
修改电感为1000uH。
Buck电路闭环仿真图
输出电压作为反馈和给定电压作对比,对偏差进行PI控制,为了防止积分饱和,对积分输出限幅,作为调制信号输入比较器,从而达到调节PWM占空比的作用。
闭环仿真后输出电压波形较为平滑,且几乎没有超调,关于闭环控制的响应时间,超调量等相关参数可以根据实际所需调节比例和微分参数。
BUCK电路设计参数计算
(1)开关管的选取:
以MOSFET为例进行参数的计算
主要参数:
(1)最大漏极源极电压(Drain-SourceVoltage)
(2)连续漏极电流(ContinuousDrainCurrent)
(3)导通内阻(StaticDrain-SourceOn-StateResistance)尽可能小,减少损耗。
(1)最大漏极源极电压由BUCK电路的直流输入电压决定的;
(2)连续漏极电流由MOSFET的工作峰值电流决定
BUCK电路工作于连续工作模式下,其负载电流ION必须大于等于IQ峰峰值的一半,可知其峰值电流等于;而,又因为,所以MOSFET的工作峰值电流为
导通内阻是取决于选取的MOSFET本身,与BUCK电路无关。
(2):
续流二极管的选取
主要参数:
(1)反向重复峰值电压Vrrm(Repetitivepeakreversevoltage);
(2)最大整流电流(平均值)(Maximumaverageforwardrectifiedcurrent)
在大学生对DIY手工艺品价位调查中,发现有46%的女生认为在十元以下的价位是可以接受;48%的认为在10-15元;6%的则认为50-100元能接受。
如图1-2所示(3)反向恢复时间Trr(ReverseRecoveryTime)
(1)反向重复峰值电压Vrrm由BUCK电路的直流输入电压决定的;
附件
(二):
调查问卷设计
(2)最大整流电流(平均值)由续流二极管的工作峰值电流决定,续流二极管的峰值电流和MOSFET的工作峰值电流一致,计算方法一致
(3)反向恢复时间Trr由续流二极管的工作频率f决定;
(3)输出电容的选取
(3)年龄优势主要参数:
(1)耐压值;
(2)容值。
2、消费者分析
(1)耐压值由BUCK电路的决定的;
与此同时,上海市工商行政管理局也对大学生创业采取了政策倾斜:
凡高校毕业生从事个体经营的,自批准经营日起,1年内免交登记注册费、个体户管理费、集贸市场管理费、经济合同鉴证费、经济合同示范文本工本费等,但此项优惠不适用于建筑、娱乐和广告等行业。
(2)容值根据设计要求的纹波电压来确定
2003年,全年商品消费价格总水平比上年上升1%。
消费品市场销售平稳增长。
全年完成社会消费品零售总额2220.64亿元,比上年增长9.1%。
BUCK电路实物设计中的输出电容,并非理想电容。
它可以等效为一个寄生电阻,一个电感和一个理想电容串联而成的。
如下图。
称为等效串联电阻(ESR),称为等效串联电感(ESL),因此输出电压的纹波由理想电容,等效串联电阻(ESR),等效串联电感(ESL)三者一起决定的。
(1)价格低
对于低频电流,等效串联电感(ESL)可以忽略不计,输出纹波主要有理想电容,等效串联电阻(ESR)决定。
据介绍,经常光顾“碧芝”的都是些希望得到世界上“独一无二”饰品的年轻人,他们在琳琅满目的货架上挑选,然后亲手串连,他们就是偏爱这种DIY的方式,完全自助。
对于一般的电解电容而言其*值近似为一常数值,约为。
1、荣晓华、孙喜林《消费者行为学》东北财经大学出版社2003年2月因此要计算输出电容,就要根据BUCK电路要求纹波电压计算出等效串联电阻。
的算法与前面相似。
(四)大学生对手工艺制品消费的要求然后根据,就可以计算出输出电容的容值。
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