【開關(guān)電源】Buck變換器工作原理圖文-KIA MOS管

Buck變換器工作原理

先來看一下 Buck變換器的工作原理，典型 Buck變換器的原理圖和關(guān)鍵波形如圖 1 所示，圖中標(biāo)明各點(diǎn)的開關(guān)波形，用于后續(xù)計(jì)算。

開關(guān) Buck變換器

圖典型 Buck變換器的原理圖和關(guān)鍵波形

Buck變換器的主要功能是把一個(gè)較高的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的直流輸出電壓。為了達(dá)到這個(gè)要求，MOSFET 以固定頻率(f_S)，在脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)的控制下進(jìn)行開、關(guān)操作。

當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓給電感和電容(L 和 C_OUT)充電，通過它們把能量傳遞給負(fù)載。在此期間，電感電流線性上升，電流回路如回路 1 所示。

當(dāng) MOSFET 斷開時(shí)，輸入電壓斷開與電感的連接，電感和輸出電容為負(fù)載供電。電感電流線性下降，電流流過二極管，電流回路如回路 2 所示。

MOSFET 的導(dǎo)通時(shí)間定義為 PWM 信號(hào)的占空比(D)。D 把每個(gè)開關(guān)周期分成[D * t_S]和[(1 – D) * t_S]兩部分，它們分別對(duì)應(yīng)于 MOSFET 的導(dǎo)通時(shí)間(環(huán)路 1)和二極管的導(dǎo)通時(shí)間(環(huán)路 2)。所有開關(guān)電源拓?fù)?升壓、降壓、反相等)都采用這種方式劃分開關(guān)周期，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。

對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換電路，較大的占空比將向負(fù)載傳輸較多的能量，平均輸出電壓增加。相反，占空比較低時(shí)，平均輸出電壓也會(huì)降低。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，可以得到以下理想情況下(不考慮二極管或 MOSFET 的壓降)降壓型開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換公式：

開關(guān) Buck變換器

上述公式也就是 buck變換器的傳遞函數(shù)

需要注意的是，任何開關(guān)電源在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)處于某個(gè)狀態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，那么它在這個(gè)狀態(tài)所造成的損耗也越大。對(duì)于降壓型轉(zhuǎn)換器，D 越低(相應(yīng)的 V_OUT越低)，回路 2 產(chǎn)生的損耗也大。

另外，圖 1 (以及其它絕大多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)?中的MOSFET 和二極管是造成功耗的主要因素，相關(guān)損耗主要包括兩部分：傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗。

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