综合区没有人参加活动么,我先带个头,大家踊跃参加。
这是前一阵子的一个小项目,客户要求一个20-30V输入,15V8A输出的一个电源。体积没做太大要求,越小越好。成本要求要低,就一个普通工业级的产品。所以像什么比较先进的IC还是抛弃了,毕竟一个IC都要比一大堆料值钱了。再考虑到稳定性啥的,最后还是选择常规的3843IC吧。
再加上一些外围保护功能,整个电源参数指标下帖统一列举下
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这是前一阵子的一个小项目,客户要求一个20-30V输入,15V8A输出的一个电源。体积没做太大要求,越小越好。成本要求要低,就一个普通工业级的产品。所以像什么比较先进的IC还是抛弃了,毕竟一个IC都要比一大堆料值钱了。再考虑到稳定性啥的,最后还是选择常规的3843IC吧。
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接着乱侃,BUCK电路是最基本的电路拓扑之一,好多拓扑就是根据BUCK电路演变而来,像正激电路等。下面我简单说下BUCK原理,已经深入了解的朋友再温古下,不了解的朋友好好理解下!
BUCK电路也叫做降压变换器,它由PWM控制的开关管,电感,滤波电容及续流用的二极管组成,具体如下图所示
在开关管VT导通期间,二极管D反向截止。输入电压通过电感L向负载提供能量同时向电容充电及电感储存能量。其等效电路如下图所示
在开关管VT关断期间,电感电压反向,二极管D正向导通,电感释放能量向负载提供能量。等效电路如下图
在开关管VT导通期间,电感电流IL线性增加;而在VT关断期间,电感电流线性减小。根据电感电流在VT关断期间是否到零可将BUCK电路分为连续模式(CCM)和断续模式(DCM)。
连续模式(CCM)的基本分析
以上是连续模式基本原理及电路稳态以后主要点的波形,从波形可以看出,电感电流在开关管关断以后并没有降到零。
根据BUCK的工作原理,MOS管Q1开通期间,输入电压通过电感L向负载供电,那么L1的电流线性上升,MOS导通期间的VON=Vin-Vo;
MOS管关断期间,电感L向负载提供能量,那么L1的电流线性下降。MOS关断期间的VOFF=Vo
根据伏秒法则,处于稳定状态的电感,开关导通时间(电流上升段)的伏秒数须与关断时间(电流下降段)的伏秒数在数值上相等,但想着符号相反。可以得出
VON*TON=VOFF*TOFF
导通期间的VON上边已经得出VON=Vin-Vo
TON=D*T
VOFF=Vo
TOFF=(1-D)*T
代入上式整理得
(Vin-Vo)*D*T=Vo*(1-D)*
整理得到
Vo=Vin*D
可见BUCK电路通过控制开关管的占空比,就可以调整输出电压。
由于占空比D小于1,所以根据上式可以得到一个很重要的结论,BUCK电路只能做降压转换。
在MOS管导通期间,电感L1电流线性上升。电感电流的变化量△I根据公式可得到
△I=VON*TON/L
咱们把公式从新整理下那么
L=VON*TON/△I
这个公式里边,VON是已知量,前边已经有过说明。TON也为已知量,那么想得到电感量,只有△I为一个未知量,只要求出△I,那么感量也就可以求出来了
下边看下图,咱们看下△I的求法
先看下输出电压 电流的图形
由于我设置的占空比D为0.5 输入电压为20V 那么根据Vo=Vin*D=20*0.5=10V
输出电流Io=Vo/Ro=10/2=5A
由上图可以看到,到开关管导通期间,电流从I1到了I2;开关管关断期间,电流从I2又降到了I3。
而I1到I2的中间值正好是输出电流值Io,因此可以得到电感电流在一个周期内的平均值等于输出平均电流值即
IL=Io。
而峰值电流Ipk正好是I2的点,所以峰值电流Ipk=Io+(I2-I1)/2=Io+△I/2
那么式L=VON*TON/△I中的△I也就可以算出来了,△I=I2-I1。但是感量不同 I2和I1的值也不同,咱们把上边原理图中的电感量由10uH改为30uH看结果
由上图可见,感量变大后,I1值变大和I2的值变小了,导致△I减小。其峰值电流也减小了。
那么想要得出电感量,这里出现一个经验取值。一般取△I等于0.1-0.3倍的输出电流值Io
在把L=VON*TON/△I整理下,这里我们取△I=0.2倍的Io得到
L=(Vin-Vo)*D*T/0.2*Io
式中,L为电感的电感量 单位H
Vin为最高输入电压, 单位V 为啥是最高输入电压呢,当输入增加时,在负反馈的作用下占空比降低,但是Vo是不变的。根据VOFF*TOFF=△I*L 在整理下得 △I/TOFF=VOFF/L 由于VOFF=Vo是不变的 L是不变的 所以电流下降率△I/TOFF是不变的。但是TOFF发生增加了,△I/TOFF是不变的的,所以△I肯定增加了。由于峰值电流Ipk=Io+△I/2 所以最高电压端为峰值电流最高端,为了保证磁芯不饱和,要在最大输入电压下设计BUCK电路
Vo为输出电压 单位V
D为最大输入电压下的最小占空比
T为开关周期 单位s
Io为输出电流 单位A
那么连续模式下的电感量就可以通过上式得到
BUCK还可工作在断续模式(DCM),但一般很少应用,本设计就是设计在连续模式下的BUCK电路。故对DCM模式不做详细介绍了。
回头下节将介绍下BUCK的两种驱动模式
继续学习~