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DCDC拓扑之BUCK电路详解

2023-09-12 10:00:25 来源:硬件工程师技术干货

DCDC拓扑之一BUCK电路,是一种降压类型电路,用途非常广泛,拓扑图如下,主要元器件包括开关管、电感、续流二极管、滤波电容。控制开关管导通与关闭实现电源降压,这是异步BUCK,如果把二极管更换为开关管,则是同步BUCK,同步BUCK发热量小效率高。


【资料图】

开关管导通电流流动如下图所示,这时二极管反向截止,输入电源给负载提供电流,同时为电感和电容储存能量。

开关管关闭电流流动如下图所示,这时二极管正向导通,开关管关闭,输入电源不能为负载供电,负载由电感和电容提供电能。

根据一个开关周期内电感的电流是否连续,BUCK电路分为三种工作模式:连续模式(CCM)、临界模式(BCM)、断续模式(DCM),如下图所示:

连续模式:整个开关周期内电流一直流动,不中断。

临界模式:开关周期结束时,电感电流恰好为0

断续模式:开关周期还未结束,电感电流降为0,直至下一个周期。

随手找了个带此类电路的板子,测量一下,这个DCDC芯片是圣邦的片子,这个同步类型片子功率蛮大的,电源设计从8V电压降到5V,输出电流能达到1.5A。手里没有测试电流仪表,使用示波器测量电压间接观察一下。

先测试一下空载,实际上不是,随手抓的板子,上面有其他电路,耗电约几十mA,不过影响不大。以下图片中黄色波形是5V输出电源纹波,蓝色波形是SW管脚波形。

空载时开关管三四十微妙开关一次,放大后波形如下,上面开关管导通了500ns后关闭,下面的开关管导通SW下降为0电位,电感电流下降到0之后SW出现振荡,最终稳定在5V和输出电压相同。

使用电子负载增加50mA,相比空载空闲期缩短了,如下图。

负载增加到100mA

电子负载增加到200mA

负载从50mA,增加到280mA,这个片子一直在缩短空闲时间,来保持输出电压稳定。上管导通时间几乎没有变化500ns左右。

负载增加到500mA,部分周期内振荡消失,这就应该是BCM临界模式。随着负载增加,这个片子中上管导通时间增加到了800ns左右,开始延长导通时间增加输出能力。

负载增加到600mA,振荡全部消失,进入CCM连续模式。上管导通时间增还是800ns左右

以下是负载增加到1000mA以及1500mA的截图,除了输出纹波变大了,SW波形变化不明显。上管导通时间增还是800ns左右。

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