目录
一、电磁感应现象
这个现象是如何产生的
磁生电的变换的条件
二、电感的伏安特性
计算磁场大小可以用上面这个公式
磁感应强度B来表示
u0是真空磁导率
N是线圈的匝数
I是通过这个线圈的的电流大小
电生磁的过程就是由I来生成这个B
可以加入磁芯提高磁感应强度
u磁芯的磁导率
电感在磁场里面存储以及传递的能量可以用磁通量间接的表示它。
Ae横截面
B磁力线密度
Φ磁通量
感生电动势大小E=磁通变化量/磁通变化时间，这个表示的1匝线圈产生的感生电动势
整个电感线圈产生的感生电动势UL=匝数*磁通变化量/磁通变化时间
电感线圈上的电流是变化的，电感线圈上的电压可以突变
UL是电感两端的电压；
L是电感量
ΔI电流的变化量
Δt变化的时间
三、Buck变换器原理
开关闭合电感电压UL=Uin-Uo
开关断开电感电压UL=Uo
伏秒平衡
D占空比
Ton/T=D，Ton/Ton+Toff=D
Ton是开关闭合时间
Toff是开关闭合时间
T是周期
输出电压Uo=Uin*D
Uo输出电压
Uin输入电压
D占空比，开关闭合的时间
电感的平均电流/腰线电流IL_avg=IL_min+[(IL_max-IL_min)/2]
IL_avg是电感的平均电流，也叫腰线电流
IL_max是电感周期中的最大电流
IL_min是电感周期中的最小的电流
ΔIL是电感电流的变化量=IL_max-IL_min
电流的斜率K
ΔI/Δt=UL/L=K
ΔI电流的变化量
Δt变化的时间
UL电感两端的电压，Ton期间为UL=Uin-Uo，Toff期间为UL=Uo
K为斜率
注意：第三节这边需要记住的公式有：
四、电感的电流模式
观察相同条件下电感电流变化的波形，只改变电感量L的大小
变化特点：
电感量减小：
电感电流工作在临界导电模式（BCM）B是临界的意思，C是电容的意思，M是模式的意思；
如果继续减小电感量
电感量更小即进入断续电流模式（DCM）
电感量增加
连续导电模式（CCM）
结论
电感大小的优缺点如下：
电感量大：
电感量小 ：
采用的电感量不同，电流的工作点不同
原理图、PCB、BOM、Gerber、芯片手册下载地址：https://download.csdn.net/download/su165108515/88253646?spm=1001.2014.3001.5501
一、电磁感应现象
在A段有个开关与直流电源，在B段有个电流计
当我们把开关闭合一下，电流计的指针会摆动一下然后回到0；
当我们把开关断开一下，电流计的指针也会摆动一下回到0，但是摆动的方向是和原本向相反的；
这个现象就是电磁感应现象。
这个现象是如何产生的
当我们开关闭合，A线圈就有电流流过，这个电流是增加的，这个电流会产生磁通，通过铁环传递给B线圈。
B线圈感应到这个磁通的变化，就会在两端产生感生电动势，两端有电动势的产生就会在外面的电路产生电流。
这个过程是由A端的电生磁到B端的磁生电，这是一个能量转换的过程。
磁生电的变换的条件
这个条件就是磁通一定要有变化才会产生磁感应电动势。
如何才能产生变化，这就要要求A线圈的电流是变化的；
如果A线圈的电流是恒定不变，那么磁通是不会变化的；
如何使A线圈的电流是变化的，这就要在A线圈的回路中增加一个开关，在一个周期中反复的开关开关就会使A线圈中的磁通，电流不断的变化。
所以：变压器正常工作的关键是要磁通有变化。
二、电感的伏安特性
电感线圈通电之后，会产生磁场，磁场是有一定极性的，而且磁场分布，是一个封闭的回路。在线圈的内部磁力线是比较密集的，磁场的强度是比较强的，外面空气中的的这个磁力线是比较稀疏的，磁场从强度比较弱。
计算磁场大小可以用上面这个公式
磁感应强度B来表示
u0是真空磁导率
N是线圈的匝数
I是通过这个线圈的的电流大小
电生磁的过程就是由I来生成这个B
可以加入磁芯提高磁感应强度
B磁感应强度
u磁芯的磁导率
N线圈匝数
I是通过线圈的电流大小
电感在磁场里面存储以及传递的能量可以用磁通量间接的表示它。
Ae横截面
B磁力线密度
Φ磁通量
在电感生产出来后，电感的磁芯是确定的，磁导率是确定的，横截面积是确定的，剩余电流与磁通量是不确定，磁通量与电流成正比，电流越大磁通量越大。
大致衡量电感存储的能量，匝数*磁通量。NΦ=LI表示的电流产生的磁场。
磁生电
感生电动势大小E=磁通变化量/磁通变化时间，这个表示的1匝线圈产生的感生电动势
整个电感线圈产生的感生电动势UL=匝数*磁通变化量/磁通变化时间
从上面的公式可以得出：
电感线圈上的电流是变化的，电感线圈上的电压可以突变
我们一般只要记住上面这个公式UL=L*ΔI/Δt
UL是电感两端的电压；
L是电感量
ΔI电流的变化量
Δt变化的时间
三、Buck变换器原理
上面是Buck结构原理图
Buck变换器可以把一个高的直流电压变换成一个低的直流电压。
主要用到四个元件：1、功率开关 2、储能电感 3、续流二极管 4、储能电容。
开关闭合电感电压UL=Uin-Uo
开关断开电感电压UL=Uo
根据电磁感应定律，电感两端产生的感生电动势=匝数*磁通变化量/磁通变化时间，推到一下，磁通的变化量=电感产生的感生电动势*变化时间。
伏秒平衡
开关在闭合的时候所存储的能量与开关断开的时候所释放的能量是相等的
假设某一时刻，这个电路工作是稳定的，也就是说开关在闭合的时候所存储的能量与开关断开的时候所释放的能量是相等的。
D占空比
Ton/T=D，Ton/Ton+Toff=D
Ton是开关闭合时间
Toff是开关闭合时间
T是周期
输出电压Uo=Uin*D
Uo输出电压
Uin输入电压
D占空比，开关闭合的时间
输出电压=输入电压*开关闭合时间/开关闭合时间+开关断开时间（开关周期）称作为开关的导通时间的占空比用D来表示他，所以输出电压=输入电压*占空比
在BUCK电路中D是一个小于1的数，所以是降压的。
电感的平均电流/腰线电流IL_avg=IL_min+[(IL_max-IL_min)/2]
IL_avg是电感的平均电流，也叫腰线电流
IL_max是电感周期中的最大电流
IL_min是电感周期中的最小的电流
ΔIL是电感电流的变化量=IL_max-IL_min
电感的平均电流=电感的最小电流+电感电流的变化量ΔIL/2
电感的平均电流=最小电流+最大电流-最小电流/2
大概的电感电流波形如下
电流的斜率K
ΔI/Δt=UL/L=K
ΔI电流的变化量
Δt变化的时间
UL电感两端的电压，Ton期间为UL=Uin-Uo，Toff期间为UL=Uo
K为斜率
开关开的时候，电流线性增加；
开关断的时候，电流线性减小；
注意：第三节这边需要记住的公式有：
开关闭合电感电压UL=Uin-Uo；
开关断开电感电压UL=Uo；
D占空比 D=Ton/T；
输出电压Uo=Uin*D；
电感的平均电流/腰线电流IL_avg=IL_min+[(IL_max-IL_min)/2]；
四、电感的电流模式
观察相同条件下电感电流变化的波形，只改变电感量L的大小
1、输入电压、输出电压、开关频率不变（即周期T和占空比D不变）；
2、不限制电流峰值（即允许电流波动幅度可大可小）；
3、改变电感量L大小；
在相同Ton的条件下来观察电感电流变化的波形如下：
变化特点：
电感量减小：
电感电流的上升速度比电感量适中要快，电流上升的线更陡，根据斜率公式
其他条件都不变化的话，L越小斜率K越高；
因为上升的斜率更快，所以上升的最大电流IL_max比电感适中的最大电流IL_max来的更大；
电感电流工作在临界导电模式（BCM）B是临界的意思，C是电容的意思，M是模式的意思；
如果继续减小电感量
因为上升的斜率更快，所以电感电流会继续提高，电感电流如图中的虚线部分
下降的速度也会提快，所以电感电流还没到T就已经把能量释放完了到TD的地方，电流到0的时候开关周期还没开始就结束了，把这种模式称作：
电感量更小即进入断续电流模式（DCM）
电感量增加
K斜率就会减小；
电流的上升速度就会变慢；
电流的峰值也会降低；
这种模式称为：
连续导电模式（CCM）
结论
在其他条件不变的情况下，改变电感的电感量L，将改变电流的纹波大小，也就是幅度
电感大小的优缺点如下：
电感量大：
纹波电流小，输出给负载就会平滑些，电感的体积增大，磁芯的利用率降低，成本也会增加，可以减小滤波电容
电感量小 ：
纹波电流大，输出给负载就会波动些，电感的体积减小，磁芯的利用率提高，成本也会减小，需要增大滤波电容
采用的电感量不同，电流的工作点不同
五、续流二极管及滤波电容的电流
复习：
电感上的电压，因为不断的开关，电感两端的电压也会变化，根据电流方形的不同，一会是正的一会是负的。
电感两端的电压
取定参考方向，是左正右负；
在开关闭合的时候电感两端的电压是Uin-Uo，极性是左正右负；
在开关闭合的时候电感两端的电压是-Uo，极性是左负右正；
开关闭合电感的电流
开关闭合，电感电流线性上升；
开关断开，电感电流线性减小；
如果电感电流直接输出给负载
那么负载上的电流是和电感上的电流是一样的；
负载上的电流和电压是成正比的，由于电感的电流是波动的，特别是在电感量比较小的情况下，他的电流纹波是相当的大，那么这个时候负载两端的电压纹波也会很大;
那么这个纹波电压可能就不满足负载对纹波这方面的要求；
因此就要解决这个问题在不改变电感工作状态的条件，又可以减小电压的纹波，所以就在负载两端并联电容
负载两端加上电容，电容的电流
那么输出的电流尽可能是恒定，才能稳定输出电压
当电感的电流高于平均电流时，电容充电；
当电感的电流低于平均电流时，电容放电；
这样来维持平均电流,按这样流程来说，负载两端的变化就比较小了。
续流二极管的电流
在开关闭合的时候，开关、电感、电容、负载组成回路，二极管截止，二极管上没有电流流过
在开关断开的时候，电感两端产生感生电动势，电压是左负右正，电感、电容、负载、二极管形成回路
并且这个时候二极管的电流就等于电感的电流
在选型的二极管的时候，需要注意：
二极管的反向击穿电压；
二极管的正向压降，压降越低损耗越小；
二极管的额定工作电流要满足负载的工作电流；
六、BUCK变换器的稳压控制原理
输出电压的纹波与什么有关：
与电容的容量有关，电容越大纹波越小，与负载的电流有关，负载电流越大，纹波越大。
输出电压不稳定的原因有以下几点：
1、输人电压变化：输入电压变化，输出电压也会跟着改变
2、负载变化：负载的电阻发生变化，电流不变，电压就可能发生变化
3、元件参数漂移：工作一段时间后，元件发热，导致一些器件不稳定
4、外界干扰
需要随时去调节输出电压,控制思路：
输出的电压=输入的电压*D;
需要实时去监控输出电压，来调节导通占空比D；
稳压控制过程：
输出电压采样；
误差计算与放大；
调节PWM占空比；
具体是实施步骤为：
分为3个环节
第一步：
先从Uo引出一根线引到输入误差放大器的反向输入端。
第二步：
跟误差放大器的同相输入端输入的电压参考值进行比较，这个电压参考值就是我们想要得到的电压。参考电压剪掉输入电压，得到差值进行放大，这样就得到了，输入电压是偏大了还是偏小了。输出到PWM比较器的同相输入端上
第三步：
PWM比较器是出去PWM控制信号的，通过比较同相输入端和反向输入端，进行对PWM波的调节，PWM反向输入端会输入一个周期性的锯齿波信号，PWM电压比较器，比较同相输入端电压与方向输入端的电压，如果同相输入端的电压高于反向输入端电压，就会输出一个高电平反之输出低电平，输出只有高低电平两种状态。
Uj是一个三角波信号，这个三角波频率就决定了，我们输出的开关频率。
PWM比较器实际上是一个电压比较器，比较同相端与反向端的电压如果：
如果同相端电压高于反向端，比较器输出高电平；
如果同相端电压低于反向端，比较器输出低电平；
于是PWM比较器只能输出高低2种电平，所以输出的就是一个PWM波；
稳压调节:
Uo上升，Ue减小，D减小，Uo降低，PWM波高电平时间减小，输出降低，回到期望值附近
Uo下降，Ue上升，D增大，Uo上升，PWM波高电平时间增多，输出升高，回到期望值附近
输出电压取决于误差放大器的同相输入端的参考电压Uref
在设计电路的时候，参考电压是相当重要的；
反向输入端一般与输出Uo直接2个分压电阻，分压电阻将期望的输出的电压，反馈给误差放大器进行比较。
七、PWM控制器
BUCK电路中的，开关管是由一个控制器来控制的。
控制器要具备什么功能：
误差放大器；
基准电压源,来作为参考电压；
PWM比较器，电压比较器，用来比较误差与锯齿波；
锯齿波振荡器，产生锯齿波；
以上功能就可以输出PWM控制信号。
开关管驱动，PWM信号控制开关管驱动，才可以实际对开关管的控制；
八、通用PWM控制器TL494
TL494具备一下功能：
两个误差放大器；
一个5V基准电压源,可以供误差放大器的基准电压源来使用，也可以外界串联反馈电阻；
一个PWM比较器；
一个锯齿波振荡器，震荡频率由外部设置；
开关管驱动；
死区时间控制功能，可以设置开关管静默时间,不受外界反馈信号的控制；
欠压保护功能，当输入电压过低的时候启到保护功能；
输出控制（单端/双端）输出1路PWM控制信号或者2路，2路信号是互补的；
九、TL494内部结构框图
误差放大器
Uref接参考电压，接误差放大器的同相输入端
Usam接采样电压，接误差放大器的反向输入端
上图中有2个误差放大器，他们都可以控制PWM比较器，他们的优先级是一样的。
2个误差放大器那个先达到了，关断开关管的条件，开关管都会被断开。
为了防止两个误差放大器互相干扰，在误差放大器的输出端接个二极管，防止互相干扰。
基准电压源
第14脚输出基准电压5V可以直接接入到误差放大器的同相输入端，提供5V的基准电压.
PWM比较器
PWM比较其中一个输入端，同相输入端来自误差放大器的输出端，另外一个反向输入端是来自振荡器产生的一个锯齿波。PWM输出信号是由4路来决定的，死区时间比较器，PWM比较器，欠压保护输出，通过或逻辑进行统一处理。
振荡器
振荡器工作频率由外部的定时电阻与定时电容来确定
振荡器的工作频率计算公式
输出控制驱动部分
输出由13引脚来决定 单端输出还是双端输出PWM输出信号，低电平单端输出，高电平双端输出。
十、TL494内部控制逻辑
TL494输出信号是由4路信号通过一个或门决定的：
1、PWM比较器
2、死区时间
3、欠压保护
4、欠压保护
通过或逻辑运算，来统一控制PWM占空比的信号，只要有一个信号符号断开条件，我们这个开关都是会断开的，或运算，只要有一个输入为高电平，输出即为高电平。
D触发器
死区时间
Udt：死区时间设置
Uj：TL494内部产生的锯齿波
如果没有外接Udt的的话，TL494有一个很小的内部电压大概是0.12V，与Uj锯齿波进行比较。
当一开始的时候Udt高于Uj，同向输入端高于反向输入端，比较器输出高电平。就使得或运算输出为高。使得开关管是在一个断开的状态。
过了一段时间后Udt小于Uj，比较器输出低电平。还需要比较另外3个比较输出。
死区时间的作用：
是为了，刚刚开始上电的时候，有一个静默的时间，避免这个时候受其他信号的干扰，避免开关误操作。
我们可以在外面外接一个RC电路，来控制死区时间的长度，在Udt这个点上面，一开始电压很高，后面慢慢下降变成内部的Udt电压0.12V。
PWM比较器
PWM比较器的同相输入端是Ue，来自误差放大器的输出端
PWM比较器的反相输入端是Uj，来自内部振荡器的输出端
当死区时间过去了，死区时间比较器输出为低电平，现在就要看Ue
在一开始的时候，Ue大于Uj锯齿波，pwm比较器输出高电平，后面Ue小于Uj锯齿波，PWM比较器输出低电平。
欠压保护
欠压保护，一般都是输出都是低电平，只有输入电压过低，低于4.9V的时候输出为高电平 。
控制逻辑分析
第一个波形为锯齿波，是内部振荡器产生的波形。
实线带有梯形的线是，死区时间控制线，梯形是由我们外部加入进去的，剩下的0.12V是芯片内部的。
误差信号为虚线。
1与2相或的结果如图
1和2只要任意有一个比较输出为高，输出都为高，控制开关截止。
PWM控制器内置多种保护功能常常采用“或”逻辑控制。
十一、BUCK电路举例
主回路器件
输入10-40V
开关管采用PNP型的开管（中功率型）B极给低电平就可以导通。
储能电感
输出端5V1A
续流二极管
滤波电容
TL494外围器件配置参数
13脚OC配置为低电平
图中只有一个开关管，所以OC13脚配置为低电平，单端输出。
输出端采用集电极输出
采用TL494集电极输出，将8和11脚并联使用，发射极9和10接地。
采用PNP三极管，低电平导通，高电平截止
R1和R2提供偏置电流，R1使得三极管可以工作在稳定状态，不会误导通，R2限流
死区时间控制4脚Dt
拉低不需要开机软启动功能，死区时间就是百分之4，PWM输出最大96%
内部振荡器的频率控制5、6引脚，定时电容定时电阻来配置计算公式如下图
稳压控制
由R8与R5来进行配置
R8一端接输出电压，一端接入到TL494的1脚内部误差放大器中
内部误差放大器的反向输入端接参考电压，参考电压就是希望他Vo输出的电压，我们希望他输出一个5V电压，所以在2号引脚上要给他一个5V的电压。连接到TL494内部的Vref，Vref会提供一个5V的基准电压，不会随着输入电压的变化而变化，就是一个基准的5V电压。
因为2脚引脚输入误差放大器的输入电阻远远高于5.1K几乎没有电流流过，所以2引脚电压就为5V
对于误差放大器，通常会设置一个可选的频率补偿电路
什么是频率补偿：也叫相位补偿，指的是误差放大器对某个频率以上的信号，他会产生比较大的相移就是相位的偏移，如果超过了180°，如果是反向的放大器就变成了同相的放大器，这个时候输出信号就变得不稳定。因此就会影响到控制电路的稳定性。
加入频率补偿，或者相位补偿，就使得输入信号与输出信号的相位差减小，保证他不会超过180°
过流保护
防止电流过大，假如说我输出电流是1A，结果输出电流为1.2A，这个时候我就将PWM信号关闭
连接到另外一个误差放大器
首先给他一个参考电压，加在误差放大器的反向输入端，这参考电压由R6与R7进行分压，大于是0.1428V，很小的参考电压，要采用的是输出电流，因为我们比较的是一个电压，所以我们需要将电流转换为电压进行比较。
整个电路回路是这样的，会经过R10a与R10b，就会在这个电阻上形成压降，电阻下端与R7下端是一起的公共端，误差放大器的同相输入端接在电阻上端，获得电阻上端的电压，与参考电压相比较，当输出电流增加的时候，电阻上端的电压也会增加，当电压增加到比反向输入端还高的时候，就意味着，电流达到了参考电压除以电阻并联后的阻值=0.1428*0.11R=1.298A，达到设定的值就要关断三极管。
过流值的公式可以用下面这个公式来计算
过流保护电流=Vpin15（pin15电压）/R10（过流保护电阻）
要首先确定参考电压，再来确定过流保护电阻的阻值
因为总电流是要流过电阻的，所以电阻的功耗会很大，所以电阻的阻值要尽可能的小，参考电压也要选择一个很小的参考电压
十二、电路图
十三、PCB图
顶层
底层
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-666447.html
十四、BOM
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-666447.html
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