dc-dc降壓電路圖,dc-dc降壓電路原理-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-11-10
BUCK電路是一種基于電感儲能原理的DC-DC變換器，其涉及到物理中的電磁感應(yīng)和電能轉(zhuǎn)換的基本原理。在BUCK電路中，通過控制輸入占空比可變的PWM波切換開關(guān)管的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)，將輸入電源提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為可調(diào)的低電壓輸出，從而滿足不同電路的供電需求。
具體來說，BUCK電路中的電感在導(dǎo)通狀態(tài)下，將電流通過電感中心核心的磁場轉(zhuǎn)化為磁能，并將磁能存儲在電感中。而在斷開狀態(tài)下，由于電感的自感作用，磁場會產(chǎn)生電壓，將電磁能轉(zhuǎn)化為電能，并通過輸出端向負載供電。因此，通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)，實現(xiàn)了電能在電容和電感之間的周期性轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，最終輸出穩(wěn)定的直流電壓。
此外，BUCK電路中的電容起到平滑輸出電壓的作用，通過在開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)下儲存電能，在斷開狀態(tài)下釋放電能，平滑輸出電壓波動。同時，為了確保穩(wěn)定輸出電壓，BUCK電路通常采用負反饋控制，通過對輸出電壓進行采樣，反饋給微控制器，然后微控制器調(diào)節(jié)輸出的PWM波的占空比，控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間和斷開時間，使得輸出電壓保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
降壓式（Buck）變換器是一種輸出電壓≤輸入電壓的非隔離直流變換器，Buck變換器的主電路由開關(guān)管S1，二極管D，輸出濾波電感L和輸出濾波電容C構(gòu)成，基本工作原理如下：
當開關(guān)管S1閉合時，電感L被充磁儲能，流經(jīng)電感的電流線性增加，同時給電容C充電，給負載RL提供能量（如左圖所示），此時Vout電壓緩慢上升，若S1一直閉合則最終Vout會近似等于Vin電壓（S1有耗損壓降）；
當開關(guān)管S1關(guān)斷時，儲能電感L通過續(xù)流二極管D放電，電感電流IL線性減少，輸出電壓Vout靠輸出電容C放電Ic以及減小的電感電流IL維持(如右圖所示)緩慢下降，若S1一直保持關(guān)斷，則Vout會最終降至0V；
按上述描述，Buck輸出電壓Vout曲線近似如下左圖所示：
由此可知，通過控制開關(guān)管S1開啟關(guān)斷的占空比，可以控制輸出電壓Vout的大小（如上圖所示）。
一般DCDC集成芯片內(nèi)部會集成電壓調(diào)節(jié)電路，通過芯片輸出端接分壓電阻器將輸出電壓采樣到FB(VFB)端，也就是反饋端，與基準電壓對比后通過運放輸出一個電壓，與三角波對比，產(chǎn)生PWM信號，驅(qū)動功率管，實現(xiàn)電壓的閉環(huán)控制。
降壓型(Buck)轉(zhuǎn)換器按整流方式不同，分為異步整流型Buck和同步整流型buck：
非同步整流Buck
以上描述的通過二極管D來完成的續(xù)流回路，這種屬于非同步整流型Buck轉(zhuǎn)換器，也叫異步Buck轉(zhuǎn)換器（見上圖“異步整流Buck”）。
續(xù)流回路中采用的是二極管，具有單向?qū)щ娦裕恍枰饧与娐房刂破渫〝啵虼怂挥幸粋€mos管（或者說開關(guān)管）需要用電路控制，也就不用去強調(diào)同步控制二極管，即可以理解為非同步。
因為二極管需要一定導(dǎo)通壓降才能導(dǎo)通，如果輸出電流比較大，那么就會有比較大的額外消耗，另一方面，如果輸出電壓是比較低的時候，比如說是1.2V，那么二極管導(dǎo)通壓降就占了很大的比例。所以在大電流，小電壓輸出時候效率偏低。
同步整流Buck
另外還有一種就是同步整流型Buck。同步Buck在電路中續(xù)流回路中使用的也是MOS管（Q2），即上下管都是MOS管，因為MOS管本身是需要外部控制的元器件，整流過程中必須根據(jù)電源的開關(guān)時序同步控制Q1與Q2，所以該電路理解為同步（見右上圖“同步整流Buck”）。
同步Buck的控制較為復(fù)雜，需要額外的驅(qū)動電路和控制電路保證電路正常工作，如果死區(qū)時間處理不當，有可能上下管直通，造成MOS管損壞(這是指的是電源控制器外接同步整流MOSFET的情況)。對于內(nèi)部集成了控制器，上下管的電源管理芯片，由于MOSFET的特性已知，控制和MOSFET集成，可以很好的解決上面提到的控制問題，不需要過多擔心。
同步和異步的區(qū)別從外部來看是同步的沒有續(xù)流二極管。BUCK的輸出電流是分成兩個部分的，一個部分是來自電源，一個部分是來自異步電路中的這個二極管，同步電路把這個二極管用一個內(nèi)置的MOSFET給替代了，但是這個MOSFET的開和關(guān)需要芯片內(nèi)部額外的控制電路來保持和開關(guān)MOSFET的相位關(guān)系。
從性價比、可靠性和高電壓輸出場景表現(xiàn)，優(yōu)先選擇異步BUCK電路。從功耗、效率和非連續(xù)工作場景噪聲表現(xiàn)，優(yōu)先選擇同步BUCK電路。
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