Buck變換器工作原理
先來看一下 Buck變換器的工作原理，典型 Buck變換器的原理圖和關(guān)鍵波形如圖 1 所示，圖中標(biāo)明各點的開關(guān)波形，用于后續(xù)計算。
圖 典型 Buck變換器的原理圖和關(guān)鍵波形
Buck變換器的主要功能是把一個較高的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的直流輸出電壓。為了達到這個要求，MOSFET 以固定頻率(fS)，在脈寬調(diào)制信號(PWM)的控制下進行開、關(guān)操作。
當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時，輸入電壓給電感和電容(L 和 COUT)充電，通過它們把能量傳遞給負載。在此期間，電感電流線性上升，電流回路如回路 1 所示。
當(dāng) MOSFET 斷開時，輸入電壓斷開與電感的連接，電感和輸出電容為負載供電。電感電流線性下降，電流流過二極管，電流回路如回路 2 所示。
MOSFET 的導(dǎo)通時間定義為 PWM 信號的占空比(D)。D 把每個開關(guān)周期分成[D * tS]和[(1 – D) * tS]兩部分，它們分別對應(yīng)于 MOSFET 的導(dǎo)通時間(環(huán)路 1)和二極管的導(dǎo)通時間(環(huán)路 2)。所有開關(guān)電源拓撲(升壓、降壓、反相等)都采用這種方式劃分開關(guān)周期，實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。
對于降壓轉(zhuǎn)換電路，較大的占空比將向負載傳輸較多的能量，平均輸出電壓增加。相反，占空比較低時，平均輸出電壓也會降低。根據(jù)這個關(guān)系，可以得到以下理想情況下(不考慮二極管或 MOSFET 的壓降)降壓型開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換公式：
上述公式也就是 buck變換器的傳遞函數(shù)
需要注意的是，任何開關(guān)電源在一個開關(guān)周期內(nèi)處于某個狀態(tài)的時間越長，那么它在這個狀態(tài)所造成的損耗也越大。對于降壓型轉(zhuǎn)換器，D 越低(相應(yīng)的 VOUT越低)，回路 2 產(chǎn)生的損耗也大。
另外，圖 1 (以及其它絕大多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器拓撲)中的MOSFET 和二極管是造成功耗的主要因素，相關(guān)損耗主要包括兩部分：傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗。
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