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1、Buck电路工作原理分析： DateDate . . DateDate Buck电路工作原理分析： Vin VoD L Io S S UL IL Vin-Vo -Vo Io D1-D T 根据L的伏秒平衡原则： (Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T Vo=Vin *D L*Io=Vo *(1-D)T Is 根据L在1-D时间的基本方程： Io=Vo *(1-D)T/L DateDate Buck电路工作原理分析 . DateDate Buck电路工作原理分析 电感电流： （开关管 ON） Delta ILon= (Vin-Vo)*Ton/L DateDate Buck电路工作原理分析 电
2、感电流： （开关管 OFF） Delta ILoff= Vo*Toff/L DateDate Buck电路工作原理分析 电感电流： DateDate Buck电路工作原理分析 输出电容的电流波形： 电感电流： 输出电容电流： 要选择工作纹波电流大，ESR小的输出电容，为 降低输出纹波电压，可用多个小容量的电容并联 使用。 DateDate Buck电路工作原理分析 根据负载大小变化，BUCK 电源工作在 CCM 与 DCM 两种状态。 CCM: Continuous Current Mode DCM: Discontinuous Current Mode 在CCM 模式，电感电流在整个周期内都
3、时连续的 ， Po=1/2*L*(IL12-IL22) 在 DCM 模式，一个周期内，有段时间电感电流 为零。 Po=1/2*L*IL2=V02/R IL=sqrt(2*Vo2/LR) = DateDate 两种模式下的工作电流波形： . DateDate Buck电路工作原理分析 电感电流波形： CCM DateDate Buck电路工作原理分析 电感电流波形：DCM DateDate Buck电路工作原理分析 由上可知，电感电流由直流（Io）和纹波电流（ ）两部分组成； 在CCM 模式，电感电流随负载电流变化，但纹波 分量并不改变，由此可以看出负载变化时占空比 不变。 当负载减小到使电感电
4、流从刚好零开始时，此为 CCM与DCM 转换的临界状态。 进一步减小输出负载，此时并不需要很大的电感 电流维持输出功率，电感开始减小，占空比也减 小，而电感也在开关管下次导通之前电流降为零 。电路进入 DCM 模式，在此模式下，占空比随着 负载变化而变化。 DateDate Buck电路工作原理分析 模式间转换过程： DCM 模式，电感电压不为零？ DateDate Buck电路工作原理分析 模式间转换过程： DateDate 同步整流电路分析 非同步整流电路结构简单，容易驱动，但 因作为续流的肖特基二极管管压降大，功 率损耗较大，导致整个电源效率降低，所 以一般用在输出电压较高，输出电流较小
5、 的场合；而对于用在低电压，大电流的场 合，如 CPU 的供电电源则需用同步整流电 路。 DateDate 两种电路比较： . DateDate . 同步电路应用实例： DateDate 同步整流电路特点： 同步整流电路用下MOS管代替开关换器的续流二 极管，其导通电阻小，大大降低了整流损耗，提 高了电源效率。 因下管作续流管用，所以要求其体二极管的反向 恢复电荷小，栅极电阻小，用开关特性好等。 为一避免上下管同时导通，要求两管的驱动信号 间须留有一死区时间，在死区时间内，电流从下 管的体二极管内流过，增加了损耗。 DateDate 同步整流电路特点： 在稳态时，电感电流上升和下降的变化量是相
6、等 的，但上下管导通时间不同，两管的电流有效值 也不同，导通时间越长，电流有效值大，管子发 热也大。 根据上图计算上下管的电流有效值： Irmsup/Irmsdn=sqrt( D/(1-D) Vcore=Vin*D=D=Vcore/Vin=1.6/12=0.133 代入上式：Irmsup/Irmsdn=sqrt(0.133/(1-0.133)=0.4 Irmsdn=2.5Irmsup 所以下管必须用电流容量更大的管或双管并联。 DateDate . 避免双管同时导通： DateDate 多相变换器 . DateDate . 多相变换器做优点： 将变换器产生的热量分布在各相电路上，而且散 热面积
7、大，不用散热片。 各相电流叠加后纹波减小，降低了输出电压纹波 幅度，减少了输出电容的数量。 减小了单相大电流时多管并联的设计难度和对磁 芯的要求。 降低了各相变换器的工作频率，减小元件分布参 数的影响及干扰。 DateDate CPU 电源解析： . DateDate 主变换电路： . DateDate 电路分析： 当电路中上管导通时，源极电压等于电源 输入电压，因此驱动管的栅极电压 =Vin+Vgs, IC 不能直接驱动，IC 内部将上 管的驱动路采用浮地的方式，外接自举电 容组成偏置电路来驱动上管。 DateDate 上管驱动原理： DateDate . MOS管的驱动电路： DateDa
8、te 控制部分： . DateDate PWM 调制原理 . DateDate PWM 调制原理 CPU工作时会根据负荷的大小发出一组VID代码 给电源IC，经过数/模转换后，得一模拟电压值， 即为CPU 所需的工作电压。电源IC 以此电压为 参考值，将之与CPU 实际电压信号的差值进行放 大，得到误差信号Vcomp, 再与电源IC 内部产生 的锯齿波信号进行比较，产生PWM信号，控制开 关管的关断，使输出电压调整到符合 VID 相应的 电位。 DateDate . 稳压原理： DateDate . . DateDate . 限流检测(限流）： DateDate . 电流检测（通道平衡）： D
9、ateDate 主板电源类型： . DateDate . 通道电流平衡： 为使每通道的达到热平衡，需要每通道的电感电 流大小一致，IC内部处理方式：采样每通道的电 流，将各通道电流求和平均，与相电流相减，产 生一个误差信号Ier，再和Vcomp相减，调整各相 PWM 宽度，达到电流平衡，各相 Ier为零时，则 电流达到了平衡。 电流平衡是通过检测流过下管Rds(on)来实现的。 DateDate 此外，为提高电源工作的可靠性，还需有 UVP，OVP，OCP等功能，这此功能都集 成到芯片内部。 DateDate 应用实例 . DateDate . 输出电压 Vo: IC内部集成了一个有关0.9V
10、 基准电压的误 差放大器, 所以: Vo=0.9*(R497+R501)/R501=2.5V DateDate . 根据以下条件计算相关参数： Vin = 5V Vo=2.5V Io=3.0A Fs=300KHz 根据前面公式：Duty=Vo/Vin=2.5/5=0.5 Ton=0.5/300000=1.67uS 设： Io=Io*10%=3.0*30%=0.9A L=(Vin-V0)*Ton/Io =(5-2.5)*1.67/0.9 =4.7uH DateDate . Buck电路特点: 效率高, 可靠性好 工作频率高, 使电路中电压/电流波形的快瞬变化, 产生电磁幅射干扰. 元件布局和PC
11、B布线难度较大. 输出电压纹波比较大. 电路复杂, 成本高. DateDate . 线性电源 DateDate 线性电源分类： . DateDate 线性电源 线性电源特点： 电路简单，不会产生干扰，输出纹波小， 调整管工作在放大状态，功耗大，效率低 ，发热量大，降低了元件的可靠性， 因此线性适合用于输入/输出压差小，电流 小的场合。 DateDate 线性电源： OP + MOS 形式 . DateDate 线性电源 注意事项： Vo = 2.5*R585/(R584+R585) ID Iomax PD (Vin-Vo)*Iomax Vg Vo + Vgs 保证漏源极间的压差使MOS管工作在
12、放大状态: 当输出为静态负载时，可在 IC 一二脚间并联一小电容， 减小输出纹波； 动态负载时则不需此电容，以提高电路的动态响态速度。 DateDate MOS管的工作状态： vDS /V iD DateDate . 线性电源 DateDate . 求复合管的输出电压： 根据上图得NPN管的Vb= R235/(r234+R235)=2.2V 则 Vo=2.2V-0.7V=1.5V 分析此问题时，忽略了Ib的影响，因此在确 定电路参数时，使IR 235 Ib, 在输出负载 变化引起Ib 变化时,使 Vb 不受太大影响,保 证输出电压的稳定。 DateDate . LDO 电路: Low Drop Out 右图时LDO电路原理图 使用时注意以下几点： V0=Vref*(R1+R2)/R2 Io spec.规定值 发热问题同线性电路 但效率较高 DateDate . . DateDate . 应用电路： DateDate
