《buck降压的原理简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《buck降压的原理简介（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、SERVICE INTEGRITY INNOVATION SHARING BUCK DC/DC Convertor GMT FAE ：Billy.Chen 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 几种基本类型的开关电源 1-1几种基本类型的开关电源 开关电源： 利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控 制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉 冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。 开关电源一般有三种工作模式：1.
2、 频率、脉冲宽度固定模式，2. 频率固定、脉冲宽 度可变模式，3. 频率、脉冲宽度可变模式。 DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换多采用第一种工作模式。 以开关器件在电路联接方式分类：1.串联式开关电源（BUCK）、2. 并联式开关电源 （BOOST）、3. 变压器式开关电源 （BUCKBOOST）。 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 串联式开关电源 1-2-1串联式开关电源 的工作原理 图1-1 a 图1-1 b 串联式开关电源输出电压的波形 Ui是开关电源的工作电压，即直流输入电压 K是控制开关
3、R是负载 K导通输出Up/Ton(Up=Ui)K截止Up/Toff(Up=0) Ua是开关电源输出电压平均值 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 串联式开关电源 1-2-1串联式开关电源输出电压滤波电路 因多数电源输出都是直流电压，因此，输出电路都带有整流滤波电路。 L是储能滤波电感 作用：Ton周期时，限制大电流通过，防止Ton时输入电压直接加到负载R上，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能 量存储。 Toff周期时,磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出 C是储能滤波电容 作用：Ton周期时，把
4、流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，Toff周期时，把电荷转化成电流继续向负载R提供 能量输出 D是整流二极管 作用：主要功能是续流作用，故称它为续流二极管， Toff周期时，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 串联式开关电源 1-2-1串联式开关电源输出电压滤波电路 在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL 由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续 流二极管D的负极流出，最后回到反电动势e
5、L的负极。 对于图1-2，如果不看控制开关K和输入电压Ui，它是一个典型的反 型滤波电路 ，它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential BUCK Convertor 基本操作 VD1 Vin-Vo -Vo Io D1-D T 0 VL IL IS 0 0 0 Vs Q1 L D1 CR + + - Vs L D1 CR + + - Vs L D1 CR + + - Q1 Turn ON Q1 Turn OFF 连续模式下的BUCK电路各点波形 致新科技股份有限公司
6、 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential Continuous Mode VS. Discontinous Mode 在大多数BUCK应用中，电感电流在整个负载工作周期中都不会降到0点。 但在一些应用中，最大负载非常轻时，设计在非连续模式可以使用更小的电感值 VD1 Vin-Vo -Vo Io D1-D T 0 VL IL IS 0 0 0 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 同步降压 VS. 非同步降压 对于更高负载电流的应用时，同步模式具有比
7、非同步BUCK更高的效率 但同步模式需要解决一个OVER-SHOOT的问题， OVER-SHOOT就是Q1、Q2同时导通，此时Vs将产生一个很大的瞬间电流，这是不容许发生的 Vs Q1 L D1 CR + + - Vs Q1 L CR + + - Q2 同步降压 非同步降压 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 降压型转换器DUTY的确定 Vs Q1 L D1 CR + + - Vs Q1 L CR + + - Q2 Vout=D*Vs t TsDTs0 Vs Vsw(t) Fs=1/Ts=switching
8、 frequency 0 D 1 Vo Vs 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 输入电容器的设计考量 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 输入电容器的设计考量 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 输入电容器的设计考量 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confident
9、ial 输入电容器的设计考量 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 输出电感的选择（IL） IL(+) IL(+) IL(-) IL(-) IL IL 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential IF 输出电感的选择（IL） 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 输出电感的选择（L） 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Te
10、chnology Inc. GMT Confidential 输出电容的选择（Cout） 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential LC串聯諧振現象 输出电容的选择（Cout） 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential But 输出电容的选择（Cout） 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 输出电容的选择（Cout） 致新科技股份有限公司 Glo
11、bal Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 選擇電容除了容值計算之外必須考慮ESR的大小。 為了降低ESR我們可以將電容並聯使用，一方面降低ESR；一 方面可增加電容量。 選擇電容必須注意溫度特性以及頻率特性。 電容所能承受的電壓以及交流電流也必須考量。 输出电容的选择（Cout） SERVICE INTEGRITY INNOVATION SHARING 内置开关FET、同步降压型DC/DC (G5626P11U设计实例） GMT FAE ：Billy.Chen 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology
12、Inc. GMT Confidential G5626P11U的主要特点 高效率 ：最大94 输出电流 ：最大2.0A持续工作电流 输入电压范围 ：2.5V TO 5.5V 工作频率 ：1MHz 无需续流二极管 低压差状态下工作 ：支持100占空比 高精度基准电压 ：0.8V 2% 断开模式下的耗电流 ：20uA 内置开关FET ：P MOS : 0.116 ；N MOS : 0.093 采用电流模式，输入和输出瞬态响应快 内置过温保护 ：160 封装 ： SOP-8 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 外
13、接电感的计算和选择 G5626P11U的设计参数： 输入电压：5.0V 输出电压：1.8V / 2.0A 输出纹波：20mV 根据临界电感公式计算电感的最小值：0.288uH 但为减小输出纹波和电感上的PEAK电流，实际应用通常使 IL20Iout 计算可知，此时电感值为2.88uH 选择2.2uH或3.3uH都是可以的，这里我们选择电感为2.2uH 当电感为2.2uH时，计算IL为： 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 外接电感的计算和选择 根据上述的计算结果，电感选择感量为2.2uH；耐电流需大于2.5
14、24A 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential 外接电容的计算和选择 G5626P11U的设计参数： 输入电压：5.0V 输出电压：1.8V / 2.0A 输出纹波：20mV 通常需要选择更大的电容以满足纹波电流的需要，和因电容ESR产生的影响 10uF或22uF是被建议的。 电容器的种类 无论是输出电容还是输入电容，使用陶瓷电容对于ESR的减小和小型化十分 有利，但是电源电路是发热源，因尽量选择温度系数较好的陶瓷电容。 X7R和X5R是被建议的，在输入和输出部分的应用。 致新科技股份有限公司 Global Mixed-mode Technology Inc. GMT Confidential PCB Layout需特别注意的地方
