2降压变换器

这章呢我们简单介绍一下 Buck 变换器

Buck 变换器中文名字也叫降压变换器

它的一个主要的功能就是说

能够把输入一个比较高的一个电压

转化为一个比较低的输出电压

给我们的后端的用电设备使用

它呢 Buck 变换器同时也是

一个正激类型的一个拓扑

因为呢它是在它的管子导通的时候

输入的能量才会传到输出

所以说它是一个正激类型

那么它的输出端有一个

LC 的一个滤波电路结构

这个会导致我们的输出端的电流纹波电流连续

然后呢会有一个比较小的一个纹波电压

但是呢它的输入端因为是

我们的主开关管这里进行一个通断

那么会有，输入端会有一个

比较大的一个输入纹波电流

所以说它会有一个比较大的

一个 EMI 的一个传导特性

那么 Buck 变换器这种降压特性呢

有点类似于 LDO 的一个降压特性

LDO 呢它也是能够把一个比较高的

一个输入电压转化为一个比较低的输出电压

但是呢它们两者之间的一个主要的区别

就在于 LDO 呢它的那个输入电压

跟输出电压是不一样

但是它的输入电流跟输出电流是一致的

所以我们可以认为LDO它是一个

恒功率的恒电流的一个器件

但是呢对于 Buck 来说

它的输入电压跟输出电压是不一致

同时呢它的输入电流跟输出电流也是不一致的

但是呢它们是一个恒功率的一个特征

也就是说输入电流乘以输入电压

基本上会近似于等于输出电压乘以输出电流

所以说这种是一个恒功率的一个特性

那么最简单的一个 Buck 特性呢

就是说它有一个主开关管作为一个上管

那么有一个二极管作为一个续流二极管

那么，但这种应用呢

在一个电流比较小的应用里面会非常普遍

但是呢在一些电流比较大

也就是说输出电流比较大的情况下呢

如果我们继续用一个二极管

来做一个续流二极管的话

会导致一个比较大的一个导通损耗

那么在这种情况下，我们在一些比较

电力负载电流大于2A 的情况下

我们推荐会用一颗 MOS 管

就是说与上管类似的一个 MOS 管

来替代这个续流的二极管

以此来降低我们的在续流间的一个导通的损耗

那么在一些更大电流的场合

比如说大于30A 的场合

这个时候呢单个的一个 Buck 电路已经

不足以来处理这个这么大的负载电流

比如说这个时候它的电感设计

以及那个热的设计都会有很大的一个挑战

这个时候我们就可以考虑到

用多个 Buck 电路进行并联

同时呢多个 Buck 电路之间的相位实现交错

就能够有效的把整个电路的

一些电流应力，热的应力

同时呢也能够把整个电路的输出电流的纹波

给分摊到每路的，每一相的一个 Buck 上

这样子就可以极大的降低我们这个

每路的那个 Buck 的一些电流应力以及热应力

那么我们这里看到的是一个典型的

一个 Buck 电路的一个电路图

这是它的Q1，是一个主要的开关管

D1是续流二极管

L 跟 C 是输出的一个 LC 滤波电路

那么当主开关管开通的时候

输入电压会通过 Q1直接加到 LC 上

那么就会形成这个我们绿色这个环路

也就是说这个时候能量是从输入传递到输出的

那么当上管Q1关断了之后呢

这个时候电感电流依然要续流

这个时候电流就会通过 C0，然后通过 D1

然后呢进行一个续流所形成

这个红色的这个续流回路

这个时候呢我们可以看到

在这个时候输出端的电压跟输入端的电压呢

就会需要满足有一个关系

也就是这个输出电压

它会等于输入电压乘以占空比

占空比的话，它的范围只能在0到1之间变化

所以在 Buck 变换器里面

输出电压一定会小于输入电压

我们接下来再看这个

我们的 Buck 上管的一个电流的波形

以及它的电感电流波形

在 Buck 上管开通的这个阶段

它流过 Buck 上管电流

其实就是电感电流的一部分

也就说这个时候它们两者的电流是完全一致的

当那个上管 Q1关断了之后

那么电流完全不能流过 Q1

这个时候电感电流就会寻找到

D1这个续流回路来完成续流

这个时候就是说 Q1上已经完全没有电流

但是呢 D1上会有这一段的续流电流

那么这个电感电流

它的一个电流的一个平均值

就是我们输出到我们负载端的一个负载电流

这章呢我们简单介绍一下 Buck 变换器

Buck 变换器中文名字也叫降压变换器

它的一个主要的功能就是说

能够把输入一个比较高的一个电压

转化为一个比较低的输出电压

给我们的后端的用电设备使用

它呢 Buck 变换器同时也是

一个正激类型的一个拓扑

因为呢它是在它的管子导通的时候

输入的能量才会传到输出

所以说它是一个正激类型

那么它的输出端有一个

LC 的一个滤波电路结构

这个会导致我们的输出端的电流纹波电流连续

然后呢会有一个比较小的一个纹波电压

但是呢它的输入端因为是

我们的主开关管这里进行一个通断

那么会有，输入端会有一个

比较大的一个输入纹波电流

所以说它会有一个比较大的

一个 EMI 的一个传导特性

那么 Buck 变换器这种降压特性呢

有点类似于 LDO 的一个降压特性

LDO 呢它也是能够把一个比较高的

一个输入电压转化为一个比较低的输出电压

但是呢它们两者之间的一个主要的区别

就在于 LDO 呢它的那个输入电压

跟输出电压是不一样

但是它的输入电流跟输出电流是一致的

所以我们可以认为LDO它是一个

恒功率的恒电流的一个器件

但是呢对于 Buck 来说

它的输入电压跟输出电压是不一致

同时呢它的输入电流跟输出电流也是不一致的

但是呢它们是一个恒功率的一个特征

也就是说输入电流乘以输入电压

基本上会近似于等于输出电压乘以输出电流

所以说这种是一个恒功率的一个特性

那么最简单的一个 Buck 特性呢

就是说它有一个主开关管作为一个上管

那么有一个二极管作为一个续流二极管

那么，但这种应用呢

在一个电流比较小的应用里面会非常普遍

但是呢在一些电流比较大

也就是说输出电流比较大的情况下呢

如果我们继续用一个二极管

来做一个续流二极管的话

会导致一个比较大的一个导通损耗

那么在这种情况下，我们在一些比较

电力负载电流大于2A 的情况下

我们推荐会用一颗 MOS 管

就是说与上管类似的一个 MOS 管

来替代这个续流的二极管

以此来降低我们的在续流间的一个导通的损耗

那么在一些更大电流的场合

比如说大于30A 的场合

这个时候呢单个的一个 Buck 电路已经

不足以来处理这个这么大的负载电流

比如说这个时候它的电感设计

以及那个热的设计都会有很大的一个挑战

这个时候我们就可以考虑到

用多个 Buck 电路进行并联

同时呢多个 Buck 电路之间的相位实现交错

就能够有效的把整个电路的

一些电流应力，热的应力

同时呢也能够把整个电路的输出电流的纹波

给分摊到每路的，每一相的一个 Buck 上

这样子就可以极大的降低我们这个

每路的那个 Buck 的一些电流应力以及热应力

那么我们这里看到的是一个典型的

一个 Buck 电路的一个电路图

这是它的Q1，是一个主要的开关管

D1是续流二极管

L 跟 C 是输出的一个 LC 滤波电路

那么当主开关管开通的时候

输入电压会通过 Q1直接加到 LC 上

那么就会形成这个我们绿色这个环路

也就是说这个时候能量是从输入传递到输出的

那么当上管Q1关断了之后呢

这个时候电感电流依然要续流

这个时候电流就会通过 C0，然后通过 D1

然后呢进行一个续流所形成

这个红色的这个续流回路

这个时候呢我们可以看到

在这个时候输出端的电压跟输入端的电压呢

就会需要满足有一个关系

也就是这个输出电压

它会等于输入电压乘以占空比

占空比的话，它的范围只能在0到1之间变化

所以在 Buck 变换器里面

输出电压一定会小于输入电压

我们接下来再看这个

我们的 Buck 上管的一个电流的波形

以及它的电感电流波形

在 Buck 上管开通的这个阶段

它流过 Buck 上管电流

其实就是电感电流的一部分

也就说这个时候它们两者的电流是完全一致的

当那个上管 Q1关断了之后

那么电流完全不能流过 Q1

这个时候电感电流就会寻找到

D1这个续流回路来完成续流

这个时候就是说 Q1上已经完全没有电流

但是呢 D1上会有这一段的续流电流

那么这个电感电流

它的一个电流的一个平均值

就是我们输出到我们负载端的一个负载电流