BUCK电源工作原理-电子发烧友网

**工作模型：BUCK电源是一个闭环的控制系统，有一个经典的比喻：输入电容像是高的蓄水池，输出电容是低的蓄水池，电感就像是水杯。把一杯一杯的水从大水池搬运到小水池实现了能量的传递。当输出电压降低，就增加每次水杯中的量或者增加搬运的频率。

电源拓扑：一种合适的电路结构，在电路使能变换过程中按自然趋势发展，在合适的条件下，就可以获得稳定的状态，此后，系统就会保持于稳定的状态。

BUCK芯片内部框图

BUCK之同步与异步

同步与异步：在DCDC降压电路中存在同步整流和异步整流两种工作方式。区分同步和异步的方法就是看拓扑二极管的位置，如果是两个开关管就是同步，两个MOS称为上管，下管。异步就只有一个开关管，另外一个使用二极管。可以这样理解，同步就是控制上下两个MOS控制要同步，上开下闭，上闭下开，避免两个MOS同时导通。而外置二极管的异步却不存在这个问题。

如下为同步整流：

如下为异步整流：

BUCK电源还有一个电容需要单独说明下，就是自举电容：

**自举电容作用** ：由于上端MOSFET需要的栅极电压大于输入电压，因此需要在SW和BS之间连接一个升压电容器来驱动高端栅极。当SW为低电平时，升压电容器从内部电源轨充电。

如上图所示当上管关闭，下管导通时，自举电容开始充电，电感开始放电.充放电回路如图标识。这里我们忽略二极管的导通压降，就认为SW点的点位约等于0电平。那么，自举电容充电完成后的电压约等于Vreg5。

如上图当电感储存的能量泄放完，需要驱动上管导通时，而上管的S极是接在SW上，下管也关断，这样就没了回路，我们可以认为上管是悬浮在半空中。只是单纯的让G极输出高电平，并不能让上管导通。自举电容并联在驱动电路两端。正是Cboot，将原本悬浮的驱动电路的两个电源端V+/V-之间建立了电位差。这个电位差刚好是Vreg5(大于Vth)。故上管能够导通。

如上图当上管导通后，A点电位突变为VIN，即V-电位变成VIN（远远高于Vreg5）。如果V+依旧保持Vreg5的电位，那上管就要被迫关闭。正是由于Cboot的存在，Cboot电容两端电压差不能突变，B点电位变VIN+Vreg5。这样对Cboot而言，电压差依然是VCC。对MOS 驱动而言，以A点电位为参考，输出高电平时，Vgs依然是VCC，大于Vth，可以让上管持续导通。

问题：是不是所有的BUCK芯片都需要自举电容？

接下来我们来看看电感：

buck降压电路中，电感起降压、储能作用。

电感伏秒法则（CCM）：

电感电流：

Ipk为负载纹波电流的最大峰值电流，以此值作为电感的最低额定电流值使用，可以有效预防电感饱和，为保险起见实际工程设计时会在此基础上放置1.5倍余量.

电流纹波率r：电流纹波率表示电感电流的交流分量与直流分量的几何比例。电流纹波率将电感的直流分量和交流分量用数学建立了关系。

在Buck变换器中，如果电流纹波率r、最大输入电压Vmax、最大负载电流Imax三个参数确定，其他的参数均能确定。在工程中，r取值范围是0~2，当r为0时，纹波电流为0，这种情况属于理想值，电感需要无穷大。当r为2时，Iac=Idc，此时变换器工作于BCM模式。因此，r仅适用于电感电流连续模式。且在实际设计中一般取r=0.2~0.5。

由电感方程V=L*dI/dt可知电压与电流的斜率有关，与电流的实际值无关。因此，对给定的Von与Voff，可能由多个电流波形，每个对应波形段有相同的dI/dt。每种可能情况，代表一种工作模式如下图所示：