buck电路

buck电路基本结构

所谓buck电路，其实是一种降压斩波器，降压变换器输出平均值U0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。
　
图1 主buck电路图

图中，S为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulatiON脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。

等效的buck电路模型及基本规律


图2buck电路等效电路

（1）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) 。

（2）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。

（3）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。

（4）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： 　
　　
此增量将产生一个平均感应电势：

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。

图3buck电路各点波形
 

如一般书上说的，Buck电路的CCM模式波形犹如锯齿波，每个周期分为上升段和下降段。上升段的斜率为（Vin-Vo）/L，Vin为输入电压，Vo为输出电压，L为滤波电感。实际上即使是理论上Vo也是波动的，但是纹波电压甚小，可以把它忽略。下降时的斜率，一本书上给的是（Vo+1）/L，其中1是续流二极管的压降，显然这个值比较粗略，还易产生歧义，可以改为（Vo+Vdiode）/L。

在稳态时，电流在上升阶段增加多少，在下降阶段就要减少多少，回到出发点，保持均值电流不变，这是它作为电源输出的电流。负载的大小，表现为此均值电流的大小，负载的改变，即均值电流大小的改变。如果不关心均值电流的大小，则在稳态的时候，Buck的波形总是一样的。