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【原创文章】详细分析降压电路的演变过程

2021-6-18 16:13:50  277 电路设计
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本帖最后由 松山归人 于 2021-6-22 09:55 编辑

作者:姜维老师(张飞实战电子高级工程师)
Buck电路是一个降压电路,如果给定一个稳定的输入电压Vin,需要得到一个Vo的电压,Vin>Vo,首先想到的是电阻分压。如下面的图,我们可以得到一个非常稳定的Vo。
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如果整个电路作为电源让输出电压Vo需要带载的话,比如加一个RL的负载,如果RL是一个变化的负载,那么输出电压Vo也是一个随负载RL变化而变化的电压,这样就不能得到一个稳定的直流电压Vo。
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为了得到一个稳定的Vo电压,可以根据RL的变化来调控R1的大小,可以把R1固定电阻变成一个可变电阻,比如用一个电位器。如果RL变大,电位器的电阻也变大如果RL变小那么电位器的电阻变小,那么电位器电阻的变大变小是需要人来操作,为了方便,需要去找一个器件来替代这一个电位器,并且能随负载变化而变化阻值的,根据电子器件的特性,想到了三极管,让三极管工作在线性状态。
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当我们增加了三极管后,RL的电流增加的时候,Vo电压下降的时候会引起三角管的be的压差变大,基级电流的变大,三极管工作在放电区域,基极电流增加引起的集电极电流增加,当集电极电流变大的使RL上的电压变大,这样就实现了一个稳定的Vo,但是这一个电路有一个非常明显的缺点就是输入电压变大的时候,三极管的基极电压会变高,会导致集电极电流变大,负载RL不变,通过的电流变大那么输出电压变大,如果输入电压变小的时候,同样输出电压变低,就是输出电压随输入电压变化而变化。
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上面的图是有随输入电压的变化而变化,为了解决这问题,我们只要三极管的基极电压稳定后,输出电压就可以不随输入的变化而变化了,那可以把基极电压上面加稳压管,这样我们就能得到一个稳定的输出。如下图就是一个线性电源LDO,这个电源是通过调Q1的阻值来实现Vo的稳定,Vo电压稳定了,但是当Q1是与RL是一个串联,输出功率是Vo*I的时候,我的Q1上的功率是(Vin-Vo)*I,当输出电压与输入电压相差比较大的时候,效率是非常低。
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为了解决效率非常低的问题,我们想到了如果让Q1工作在开关区域,当把Q1变成开关的时候,我们通过控制开关Q1的开通时间,但输出的电压是一个高地电平的脉冲电压,需要得到一个稳定的电压,是不是可以通过电容滤波来实现。
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为了把输出的脉冲电压滤平整就需要增加电容C1,这样就可以实现Vo电压稳定,通过控制每个周期Ton值就行了,Vin*I*D=Vo*i,虽然是得到了一个稳定的Vo,但是开关管在打开的时候,输入给C1冲电的时,因没有限流电阻,这样会导致开关打开的时候,冲击电流比较大,对开关管的影响非常大,容易损耗,为了解决这样个问题,我们可以通过增加限流器件来保护开关,如果增加电阻来限流的话,是不是又回到了损耗增加,那就需要增加既能限流又能不增加损耗的器件,这时电感就能满足要求。
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为了限流的同时又不增加损耗,我们可以通过增加电感来限流,如下图所示,当增加了L1电感后,当开关关断的时候,电感上就没有续流回路,会导致开关拉弧等现象出现,为了解决开关关断后电感有续流回路需要增加一个二极管来实现续流。
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增加了续流二极管后,我们的buck电路基本就成型了,只是这个时候,我们可以把机械开关改成mos管就可以了,这就能得到我们的buck电路。
微信图片_20210618161120.png



王栋春 2021-6-18 22:29:23
复习了解一下
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danet965 2021-6-19 18:39:32
讲得很好,通俗易懂
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