这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了BUCK电路详解。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。
目录
工程应用
1 如何将输出正电压改为负电压？
特点
开关频率
1 频率提升，dcr会变小，导通损耗变小
2 开关频率对电源效率&损耗的影响
3 开关频率对电源EMC/EMI性能的影响
杂项
上电速度
原理
反馈控制方式
电压模式控制
电流模式控制
迟滞控制
原理图/layout/实际模型
调整管VT
振荡器
输出电压
自举部分（vin与bs之间接的那颗电容）
例如：
为什么下管不需要自举？
vFB与vref的比较器采用差分放大电路
次谐波震荡
器件
开关频率对外围器件尺寸/成本的影响
滤波电容
续流二极管
为什么要用快恢复管？
二极管VD1-异步
优点
缺点
MOS管-下管-同步
导通损耗
开关损耗（驱动损耗）
优点
缺点
电感
前沿器件
模块电源
变压器
纹波
电感导致的纹波：
整个后级导致的脉动值（纹波）：
滤波
工作模式
PFM-脉冲频率调制型
优点
缺点
调节方式：
PWM-脉冲宽度调制型
优点
缺点
调节方式：
混合调制型
分类
软开关
零电压电路
零电流电路
连续与断续模式
Fly-Buck（正激）
轻载高效
如何实现轻载高效？
为什么在重载时，效率可以达到80多
而在轻载（例如3.3V-10mA）时，效率却下降很多？
开关损耗
导通损耗
例如：
轻载高效的3种模式
跳脉冲模式（psm）
突发工作模式
AAM模式
温升
定义
评估计算法
(ploss:芯片的功率损耗)
余量
工程应用
1 如何将输出正电压改为负电压？
只需要将所有的地都换成output，将output改为地
特点
效率高
导通后，正向电阻小，
虽然电流大，但管压降很小
截至时，虽然反向电压很大，
但电阻无穷，电流几乎为0
体积小重量轻
因调整管的功耗小，故散热器也可随之减小。可以省去50 Hz 工频变压器
开关频率通常为几十千赫，故滤波电感、电容的容量均可大大减小
基本不受输入直流电压幅度的变化
输出电压只和调整管导通与截止时间的比例有关
因此，允许电网电压有较大的波动
线性稳压电路允许电网电压波动± 10%
开关型电网电压为140 V 至260 V
电网频率变化土4%也可正常工作
纹波和噪声成分较大
开关状态，将产生尖峰干扰和谐波信号
开关频率
1 频率提升，dcr会变小，导通损耗变小
开关频率与系统频率同步
来自mos的开关动作，5M以下
频率Fs决定了电感电流纹波和输出电压纹波两个核心指标
提高频率可以降低对电感量和电容值的要求
其实质是频率提高，单次需要储存的能量更少
这样就降低了对储能元件的要求
但频率无限大会增加损耗
开关一次，栅极损耗（开关损耗）多一次
损耗：导通损耗，开关损耗，驱动损耗
影响了损耗，效率，发热指标
而且过大的开关频率会导致emi恶化
2 开关频率对电源效率&损耗的影响
12V转3.3V效率曲线对比
开关管频率越高，功耗越大
3 开关频率对电源EMC/EMI性能的影响
开关频率越大，emi问题越严重
车辆CISPR25的常用频段在400-600kHz和2MHz以上
改善emc高频性能：加屏蔽壳，加磁珠，共模电感
sync来跳频/抖频，实现对收音机AM频率的规避
抖频技术(SSFM，开关斩频技术)帮助优化电源EMI特性
通过频率在一定范围内的抖动来分散噪声信号的能量， 以达到降低噪声峰值的目的
杂项
上电速度
速度过快，上电电流大，芯片易受冲击
速度过慢，两管同时导通
原理
上调整管导通时，电流从上管流入，到电感储能
电感两端的电压与电流关系如图所示
下续流管导通时,电感释放能量，与电容持续对外供电
以具有电压环和电流环的电流型buck为例
首先采样输出电压，将其与参考电压比较后得到Vc信号
然后将采样得到的电感电流信号I_L与Vc信号进行比较
VC与I_L碰撞形成的控制回路过程
从而得到对应的控制信号来驱动MOS管
CLK信号来决定RS触发器何时翻转
周而复始实现主电路的能量传递
反馈控制方式
动态响应速度：
迟滞＞电流反馈＞电压反馈
电压模式控制
误差放大器的参考信号是三角波（时钟，反馈电压）
仅监控输出的电压，因此只要输出电压不变动，
就无法响应
相位补偿设计需要增加超前补偿、滞后补偿，设计复杂
电流模式控制
误差放大器的参考信号是电感电流（三角波，时钟，电压）
环路稳定性很高，负载瞬态响应速度也快
目前电源ic的主流反馈控制方式
迟滞控制
误差放大器的参考信号是比较器（反馈电压）
无需相位补偿，反馈环路的稳定性高
但纹波噪声大
一般
LDO
反馈常用，无后级pwm，所以这也线性的来源
原理图/layout/实际模型
buck
与
ldo
的差异点？
buck在EA和上管之间加了pwm来实现开关功能
调整管VT
导电时，调节管的发射极电位
上正下负，二极管vd被截至，电感开始充电
不导电时，三极管被截至，电感因为反电势，
电流将在负载和二极管上继续流通
发射极电位（二极管正向导通电压）
振荡器
产生的三角波信号ut加在比较器的同相输入端
使得
UA
直流变成ub脉冲交流
当Ut > UA 时，比较器输出高电平，即UB =+ Uopp
当ut< UA 时，比较器输出低电平， us = - Uopp
**三角波电路组成**
集成运放A1组成滞回比较器,A2组成积分电路。
滞回比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分
而积分电路的输出又接到滞回比较器的同相输人端
控制滞回比较器输出端的状态发生跳变
输出电压
饱和管压降UCES 以及二极管的正向导通电压UD的值均很小,可忽略
所以，调节三角波的大小就可以调节占空比进而调节电压
所以，调节ua高低可以调节占空比
自举部分（vin与bs之间接的那颗电容）
接在输入vin和上管的S极上，保证上管导通时，电压始终大于vin
负周期，下管导通，自举电容充电，充电时间为Toff，上vcc下0
正周期，自举电容电压不能突变，所以下为VCC，上面的电压就成了vin+下管导
通时充电的电压，电压被举起来，vgs大于vgs（th）
此时自举电容向内部电路进行放电 ，放电时间为Ton
例如：
vin为12v，要保持导通，
上管
G
极必须保持15V的电压，
因为下管S极已经12V，加上上管G极二极管3V导通电压
为什么下管不需要自举？
下管导通容易，gs的s接地，容易满足gs＞gs（th）
vFB与vref的比较器采用差分放大电路
输入阻抗大（几兆Ω到十几兆Ω），小反馈信号也能立刻响应
因为高阻抗点，示波器探头通常设置1MΩ的阻抗匹配
并保证探头周边没有临近的干扰源
同样的，因为是高阻抗点，
即使外部有较小的信号干扰也会很容易被FB引脚所接收
因此在测试前应佩戴静电手环并禁止手指触碰FB引脚走线
并保证采用如图所示的最小环路法可以显著较小噪声的影响
差分放大电路还具有消除零点漂移，抑制共模干扰和增强差模增益的作用
次谐波震荡
系统受到干扰后的振荡，使得原本有序的PWM开关波形产生震荡 ，使得原本有序
的PWM开关波形产生震荡
粉红色回路通过斜坡补偿技术解决次谐波问题
器件
开关频率对外围器件尺寸/成本的影响
滤波电容
由公式可以得出，小电容滤高频
续流二极管
开关管关断，电感能量没有回路释放
瞬间的di/dt ，产生很大的电压尖峰
也叫瞬态抑制二极管，保护核心功放，
提供了泄放到地的路径，防止输出短路烧毁
在上下mos管后级，并联，防止负载短路冲击，保护前级电路
为什么要用快恢复管？
普通二极管虽然低频可以保证单向导通
但高频不能够
外加肖特基二极管可以防止同时导通情况下，负载无法连续 供电
减小因为寄生二极管响应速度太慢导致的纹波
所以有低导通电阻、反向恢复时间短
但
不适合高压场合，反向电压低
漏电流大的话，还影响效率
二极管VD1-异步
整流二极管（异步整流）
二极管特性，
0.3V
的压降会消耗过多的功率
例子：
优点
可靠性好，不会因为上下管直通后，
电流过大烧坏mos管
缺点
因为正向导通电压大，消耗功率大
MOS管-下管-同步
导通损耗
所以同步管的导通电阻要小
开关损耗（驱动损耗）
栅极电流对栅极电容充放电导致
选择小的栅源极压降、开关管的栅极电荷
假如输出电流的需求大于
5A
，需要将下管
mos
外置
优点
导通电阻小（mos管的RDS(ON)-毫欧级别，远小于二极管的导通电阻）
可以在内部有mos的情况下，外部再并联两个mos
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12
页
可以在内部有mos的情况下，外部再并联两个mos
进一步减少rdson
压降低，消耗功率小
缺点
需要额外添加控制电路
电感
关注直流电阻（dcr），使直流阻抗最小，减小铜损
（铁损：铁心的损耗，空载损耗 铜损：线圈的损耗，负载损耗）
开关电源为了提高效率一般采用DCR比较小的电感，绕电感的线越粗DCR越小。
由公式可知，感值越大，电流纹波越小
输入和输出的电压值相差越小，所需电感值越小
但电感值过大会导致动态性能差，反馈响应慢
前沿器件
模块电源
目前模块电源主流频率提高到3到4MHz水平
变压器
去除传统的变压器骨架和铜线
利用PCB多层线圈减小为薄型平面变压器设计
适用在较高频的领域，仅利用PCB线圈或者PCB寄生电感就可完成功率传输
若对体积没要求， 高频电感还可以可以省去磁芯 ，做空心电感来节约成本
纹波
电感导致的纹波：
电感电流的纹波一般在
40
%
选取esr小的电容会明显减小输出纹波
整个后级导致的脉动值（纹波）：
最终输出电压
滤波
吸收式
磁珠与电容组合，开关特性不如反射式，偏软
反射式
因为
L
的电阻低，阻抗匹配考虑，选择电感靠近阻抗低的一端
工作模式
PFM-脉冲频率调制型
优点
适合轻载电流场景
功耗相对较低
调节开关频率，输出电压超过设置电压，输出将关断
缺点
输出纹波大，响应速度慢，因为频率低
但轻载效率高，功耗小，不适合CCM模式
价格贵，因为配套滤波困难（谐波频谱太宽）
调节方式：
调节开关周期时间
当增加负载时，振荡量递减，最后变为
PWM
模式
开通一定，关断不一定
分区 开关电源 的第
14
页
开通一定，关断不一定
PWM-脉冲宽度调制型
优点
噪声易于过滤
不会长时间关断，所以响应速度快，效率高
缺点
开关损耗影响效率
轻载效率差，需要提供假负载
调节方式：
调节周期内的导通时间
混合调制型
分类
按是否使用工频变压器
低压开关稳压电路
:
即50 Hz 电网电压先经工频变压器转换成较低电压后再进入开关型稳压电路、
高压开关稳压电路：
不用工频变压器，采用高压大功率三极管
直接将220 V 交流电网电压进行整流
滤波，然后再进行稳压
按激励的方式
自激
他激
按调整管的种类
双极型三极管
MOS 管
晶闸管
软开关
首先是硬开关，电压与电流会有交叠部分，造成损耗
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-794853.html
增加了小电感、电容等谐振元件后，电压
/
电流波形不交叠
称为软开关。
电压或电流为正弦半波，因此称之为准谐振
零电压电路
开通前其两端电压为零，不会产生噪声
关断时，并联电容延缓关断后电压上升的速率
零电流电路
关断前其电流为零
开通时，串联电感能延缓开通后电流上升的速率
连续与断续模式
ccm
dcm
电感体积可以做小
存在电感电流为
0
的时刻
跳频时输出电压纹波太大
Fly-Buck（正激）
buck派生-隔离式输出稳压，只能降压
将电感改成四线耦合电感，将一路电路输出换成多路输出
单向励磁
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-794853.html
为防止原边关断，瞬间的电流耦合到副边，造成
VD2
损坏
增加一个磁通复位电路
D3与N3组合可泄放多余磁能
轻载高效
如何实现轻载高效？
降低导通损耗
降低dcr和ecr
降低铁损和铜损
降低工作频率
为什么在重载时，效率可以达到80多
而在轻载（例如3.3V-10mA）时，效率却下降很多？
开关损耗和导通损耗两个因素影响着效率
开关损耗
轻载时,开关损耗几乎不变,由于输出功率较低，
IC的效率就会比重载时低很多
导通损耗
重载时,导通损耗是影响效率的主要因素
例如：
货车司机运货挣钱
满载拉货，一趟可以赚很多
空车跑，司机进过收费站（开关损耗）还要自掏过路费
收费站越多，钱亏的越多
所以为了不亏钱，就必须少进收费站
轻载高效的3种模式
跳脉冲模式（psm）
纹波小，效率较差，瞬态响应好
即在输出重载时,以连续模式(CCM)工作
当负载电流降低,电源将进入断续模式(DCM)工作
也即VGS的占空比变小，il电感电流不再连续
直到上管的开通时间达到最小导通时间，才导通上管
若负载继续降低，控制器将直接屏蔽一些开关脉冲，如红虚框所示 
例如： 运货少过收费站，节约成本
突发工作模式
当输出负载电流降低到一定的值
,
系统进入轻载模式，
上下管长时间停止工作（关闭），由输出电容维持输出
电容放电过程中，输出电压会下降，经过较长一段时间
vc上升到VH时，进入开关模式，重新打开上下管
如上图，输出电容在快速导通关断过程中会产生较大的纹波,且瞬态响应较差
例如：
运货不过收费站，走野路
由于路远（瞬态响应差）且不平坦（纹波较大）
意外风险大（芯片不工作）
AAM模式
对比突发模式，在sr触发器的s前端增加了红框所示的运放
当
V
comp直流分量小于VAAM时，电源进入轻载模式
如图
F
irst所示，当
Vcomp
波动
,
其值大于
VAAM
，并且时钟信号开通
,
上管开通
如图Second所示，当电感电流达到
Vcomp
时
上管关闭，下管导通
如图
T
hird所示，直到电感电流降为
0
，下管关闭，完成一次开关周期
输出轻载时
,
一般工作在
PFM (pulse-frequency modulation)
模式
输出重载时,工作在PWM (pulse-width modulation)模式
温升
说明非同步是肖特基外置
虽然集成同步结构的整体效率高一些
但是其芯片包含的损耗部分更多一些
所以单体芯片的发热相对于非同步要多一些
定义
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JA的作用在于比较不同厂家芯片的相对热性能
JC的作用是比较芯片在安装散热片时的热性能
评估计算法
(ploss:芯片的功率损耗)
测试计算法（更准确）
tc获取
余量
到了这里，关于BUCK电路详解的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
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