分立式BUCK电路原理与制作持续更新

目录

一、分立式BUCK电路总体原理图

 二、BUCK电路与LDO的区别

三、BUCK电路为什么要加电感

四、BUCK电路要加续流二极管

五、BUCK电路导通与断开的回路

六、电源公式的中的几个表示方式

1、输入功率用Pin表示

2、输出功率用Po表示

3、电源的效率公式：电源的效率就等于Po/Pin，电源的效率就等于输出功率除以输入功率

4、电感中存储的能量是W=1/2*L*I*I

七、BUCK电路基本电路的几个点位电压

 当MOS管导通的时候，A点的电位是310V

 当MOS管断开的时候，A点的电位是是-0.7V

八、MOS管在不断开关过程中会导致干扰

九、BUCK电路中的电感是如何工作的

用ton表示MOS管导通的时间段

用toff表示MOS管断开的时间段

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一、分立式BUCK电路总体原理图

下面改图包含了电压环和电流环。

 二、BUCK电路与LDO的区别

 LDO不适合在压差大的环境下使用，因为三极管因为CE极承受了压差，压差越大损耗的功率就越大，将三极管换成MOS管，MOS管两端的压差很小所以效率很高功耗很小。

三、BUCK电路为什么要加电感

 当MOS管闭合以后，310V源通过MOS管给电容C2充电，MOS管导通以后，DS极电阻在毫欧级，电阻很小，那么红线这条充电回路就相当于310V电源直接给电容C2充电，这样的话，是不行的，充电电流就会很大，要限制电流不能很大，如果使用电阻限流也是不行的，串电阻，电阻上会有功耗。

所以采样加电感的方法，加电感使得电流不能突变

四、BUCK电路要加续流二极管

 当MOS管导通的时候，310V电源给负载供电，同时给电容C2充电，当电容C2上的电压达到一定程度的时候，我们就要关断MOS管了。

MOS管断开以后，电容C2给负载提供能量，此时电容C2上的电压会下降。

上面的电路有一个问题，电感不能断路，因为电感中的电流不能突变，如果电感电流突变的话，电感两端就会产生感应电动势就会产生一个很高的电压，这个高压会损坏电路中其他器件。

下图就是我之前测试拿掉续流二极管电感两端产生的电压。

 

 我们把二极管加到这个位置的话，就给电感提供了续流回路了。

这个电路结构，就是我们BUCK电路的拓扑结构了。

五、BUCK电路导通与断开的回路

 当MOS管导通的时候，310给电感，电容，负载供电，当电容电压达到15V的时候MOS管断开。

 二极管不仅给电感提供了续流回路，而且电感续流的时候还会给负载和输出电容C2供电，如果负载电流很大的话，电容也会给负载供电。

六、电源公式的中的几个表示方式

对于BUCK电路来说，降压是通过电感的能量传递来实现的，电感是承担能量传递工作的，理想电感是不消耗能量的，所以BUCK电源的效率比较高

对于电源来说，有输入功率和输出功率

1、输入功率用Pin表示

2、输出功率用Po表示

3、电源的效率公式：电源的效率就等于Po/Pin，电源的效率就等于输出功率除以输入功率

4、电感中存储的能量是W=1/2*L*I*I

七、BUCK电路基本电路的几个点位电压

 当MOS管导通的时候，A点的电位是310V

 当MOS管断开的时候，A点的电位是是-0.7V

对于二极管D来说，它的导通压降是0.7V，而二极管的正端连接的是GND，那么二极管的正端电压是0V，所以二极管的负端电压是-0.7V。

八、MOS管在不断开关过程中会导致干扰

当MOS管在不断开关开关的过程中，A点的电位就会在-0.7V和310V之间来回变化，A点的电位在-0.7V到310V之间来回变化，会导致A点电压在-0.7V到310V之间来回变化，就产生了dv/dt，也就是电压的变化速度极快，而dv/dt就是电路中的干扰源，也就是BUCK电路是存在干扰的。

九、BUCK电路中的电感是如何工作的

电感是BUCK电路中传递能量的器件，电感中存储的能量是W=1/2*L*I*I，也就是说，电感中存储的能量  正比于  电感电流的平方，L表示电感的感量，I是电感中流过的电流，也就是说，当电感中没有电流的时候，电感存储的能量等于0，电感中的电流越大，电感存储的能量也就越大

 当MOS管导通的时候，310V的电源通过电感给负载供电，同时也给输出电容C2充电，此时电感中流过的电流是慢慢变大的也就是电感中存储的能量慢慢变大。

我们假设电感中的初始电流等于0，也就是电感初始能量等于0，当MOS管导通以后，310V的电源通过电感来给输出电容C2充电，同时给负载供电，此时电感中的电流是从0开始变大的，而且，如果我们假设BUCK的输出电压Uo保持在15V不变，也就是B点电压为15V不变，而A点电压等于310V不变，所以电感两端的压差是不变的，电感两端的电压U=310V-15V=295V。而对于电感来说U=L*di/dt，也就是U=L*di/dt=295V，所以di/dt=U/L=295V/L。得到了一个结论MOS管导通期间，di/dt不变。di/dt就是电流变化速度，也就是电流变化斜率，在MOS管导通期间，电感中的电流变化速度是不变的，电流的大小是变化的，但是电流的变化速度是不变的。

 电感电流的曲线应该是一条笔直的直线，如果电流的变化速度不变，那么相同的时间内，电流的增加量不变，所以电流是一条直线

用ton表示MOS管导通的时间段

用toff表示MOS管断开的时间段

假设电感的初始电流等于0，电感中的能量W=1/2*I*I，电感中存储的能量也从0开始慢慢变大

 当MOS管断开的时候，假设输出电压Uo=15V保持不变，那么电感两端的电压是不是也保持不变，MOS管断开的时候，电感在续流，A点保持-0.7V，Uo保持15V，所以电感两端的压差保持不变，所以电感中电流的斜率也不变。

 在toff期间，电感中的电流减小的曲线也是一条直线，正常来说充电和放电的斜率是不相同的。

在toff期间，电感中的电流减小，所以电感中存储的能量也减小，所以在MOS管断开期间，电感是释放能量的。

在上图中，电感的初始电流为0，在ton期间，电感存储的能量是W  = 1/2*L*i*i  - 1/2*L*0*0  =   1/2*L*i*i，是t1时刻的能量减去0时刻的能量，

同样的道理，在MOS管断开期间，也就是toff期间，电感中能量的变化量是

W   =   1/2*L*0*0   -   1/2*L*i*i  =  -1/2*L*i*i

MOS管导通期间(也就是ton期间)电感存储起来的能量就等于MOS管断开期间(也就是toff期间)电感释放的能量，MOS管导通的时候，电感存储起来了W能量，MOS管断开的期间内，电感又把这W的能量释放了，所以，BUCK电路中，电感只是起到了能量传递的作用。

 也就是说，在MOS管导通的期间内，电感从310V电源拿了W的能量，在MOS管断开的期间，电感又把从310V电源拿的那W的能量全部释放了，这W的能量，电感只是接了一下手，电感并没有产生能量，也没有消耗能量，只是传递了一下能量，上面的情况，就是BUCK电路稳定工作的电感的情况。

 上图当电感充的能量大于放的能量的时候，每个周期结束的时候，电感中的能量都要增加，这样的话，电感中能量会越来越大，经过若干个这样的周期以后，电感中的电流就会越来越大，最终超过饱和电流，电感就会饱和了，这样的话，BUCK电路就会出现问题了，所以，我们BUCK电路正常工作的时候，电感在每个周期充的能量和放的能量是相等的。

十、BUCK电路MOS管导通与截止电感两端电压UL计算

 当MOS管导通的时候，A点的电位是310V，B点的电位是15V，电感两端的电压U=310V-15V=295V，在MOS管导通的时候，电感两端的电压U=295V不变，而且U=L*di/dt=295V，也就是U=L*di/dt=295V，所以di/dt=U/L=295V/L，di/dt就是电感电流的变化速度，那么，电感制造好以后，它的感量L是不变的，所以，上面的式子说明，当MOS管导通的时候，电感中电流的变化速度di/dt是不变的。

 电感电流的增大速度不变，也就是上图红线所示，电感电流的曲线是一条直线。

 当MOS管断开，电感两端的压降等于15V-(-0.7V)=15.7V，也就是U=L*di/dt=15.7V，所以di/dt=U/L=15.7V/L，上面的式子说明，当MOS管断开的时候，电感中电流的变化速度di/dt是不变的

 所以，当MOS管断开的时候，电感电流的曲线也是一条直线