BUCK拓撲電路原理和特征介紹

Buck基礎拓撲電路

降壓式(Buck)變換器是一種輸出電壓≤輸入電壓的非隔離直流變換器。Buck變換器的主電路由開關管Q，二極管D，輸出濾波電感L和輸出濾波電容C構成。

接下來將從：1. 開關整流器基本原理 2. 傳說中的“伏-秒平衡” 3. 同步整流死區時間等三部分詳細介紹Buck電路的工作原理。

Part 1 開關整流器基本原理

導通時間

關斷時間

在[0,Ton]期間，開關導通;在[Ton，Ts]期間，Q截止。設開關管開關周期為Ts，則開關頻率fs=1/Ts。導通時間為Ton，關斷時間為Toff，則Ts=Ton+Toff。設占空比為D，則D=Ton/Ts。改變占空比D，即改變了導通時間Ton的長短，這種控制方式成為脈沖寬度調制控制方式(Pulse Width Modulation, PWM)。

Buck電路特征

輸出電壓≤輸入電壓

輸入電流斷續

輸出電流連續

需要輸出濾波電感L和輸出濾波電容C

Part 2 傳說中的“伏-秒平衡”

伏秒原則，又稱伏秒平衡，是指開關電源穩定工作狀態下，加在電感兩端的電壓乘以導通時間等于關斷時刻電感兩端電壓乘以關斷時間，或指在穩態工作的開關電源中電感兩端的正伏秒值等于負伏秒值。

在一個周期 T 內， 電感電壓對時間的積分為 0，稱為伏秒平衡原理。正如本文開頭視頻中指出，任何穩定拓撲中的電感都是傳遞能量而不消耗能量， 都會滿足伏秒平衡原理。

Part 3 同步整流死區時間

同步整流是采用極低導通電阻的的MOSFET來取代二極管以降低損耗的技術，大大提高了DCDC的效率。

物理特性的極限使二極管的正向電壓難以低于0.3V。對MOSFET來說，可以通過選取導通電阻更小的MOSFET來降低導通損耗。

在開關電源系統中，死區時間(Dead Time)是指為了避免兩個晶體管開關同時導通而引入的屏蔽時間。

連接的兩個晶體管開關通過交互地閉合和關斷來決定線圈中電流的增減。為避免兩個晶體管同時導通造成不必要的電流浪涌，即需控制電路在開關動作引入死區特性。在死區時間內，需要完成對已導通晶體管的關斷和另一晶體管的導通。

死區時間

設置必要的死區時間以防止短路。

死區時間越小，體二極管傳導越少。

死區時間越小，損耗越小，效率越高。

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