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buck电路简介
接线图
2023年01月19日 22:42 455
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BUCK电路的定义
BUCK电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输出电压UD。
通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。
BUCK也是DC-DC基本拓扑，或者称为电路结构，是最基本的DC-DC电路之一，用直流到直流的降压变换。
BUCK和BOOST使用的元件大部分相同，但是元件的组成却不尽相同。
简单的BUCK电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID控制器，实现闭环控制。
可通过采样环节得到PWM调制波，再与基准电压进行比较，通过PID控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK电路闭环PID控制系统。
BUCK电路的参数计算
电感的参数
电感的选择要满足直到输出最小规定电流时，电感电流也保持连续。
在临界不连续工作状态时：
所以
越大，进入不连续状态时的电流就越小。
电容的参数
电容的选择必须满足输出纹波的要求。
电容纹波的产生：
1. 电容产生的纹波： 相对很小，可以忽略不计；
2. 电容等效电感产生的纹波：在300KHZ~500KHZ以下可以忽略不计；
3. 电容等效电阻产生的纹波：与esr和流过电容电流成正比。为了减小纹波，就要让esr尽量的小。
BUCK电路的结构
将快速通断的晶体管置于输入与输出之间，通过调节通断比例（占空比）来控制输出直流电压的平均值。该平均电压由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。
Q导通：
输入端电源通过开关管Q及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电。电感相当于一个恒流源，起传递能量作用。电容相当于恒压源，在电路里起到滤波的作用。
Q闭合：
电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。
从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使us（t）的直流分量可以通过，而抑制us（t）的谐波分量通过；
电容上输出电压uo（t）就是us（t）的直流分量再附加微小纹波uripple（t）。
电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple（t）很小，相对于电容上输出的直流电压Uo有：电容上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。
一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；
反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。
这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。
开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为：
ΔΨ=L（Δi）>0
此增量将产生一个平均感应电势：
u=ΔΨ/Τ>0
此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。
这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。
BUCK的应用电路
BUCK电路主要应用于低压大电流领域，其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。采用一般的二极管续流，其导通电阻较大，应用在大电流场合时，损耗很大。用导通电阻非常小的MOS管代替二极管，可以解决损耗问题，但同时对驱动电路提出了更高的要求。此外，对Buck电路应用同步整流技术，用MOS管代替二极管后，电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器，为实现双向DC/DC变换提供了可能。在需要单向升降压且能量可以双向流动的场合，很有应用价值，如应用于混合动力电动汽车时，辅以三相可控全桥电路，可以实现蓄电池的充放电。
UC3842
UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。
该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。
其应用领域为：开关电源；工业电源；电压反馈电路设计；反激开关电源设计。
SG3525
SG3525 是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。它的应用领域是：开关电源；直流变换器；逆变器设计；脉冲宽度调制。
TL431
TL431是可控精密稳压源。
它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。
该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。
应用领域：电平值转换；充电器；开关电源；适配器；DVD；电视机。
BUCK电路的使用注意
BUCK电路只有一个电感，没有变压器，输入与输出不能隔离。
这就存在一个危险，一旦功率开关损坏电路，输入电压将直接加到负载电路，因为占空比D《1，所以BUCK电路仅有一路输出，如果输出电压为5V，还需要3.3V时，则要加后续调节器，BUCK电路在多路输出时是这样应用的。
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