详细分析BUCK电路的演变过程

时间： 2024-05-16 来源：艾创微微信公众号

技术问答

Buck电路是一个降压式变换电路，如果提供一个稳定的输入电压Vin，需要得到一个稳定的输出电压Vo，并且要求Vin>Vo，首先会想到使用电阻分压的方式。如图1所示，我们就可以得到一个稳定的输出电压Vo。

图 1

当电路的输出电压Vo需要带负载的话，假如加一个RL的负载，如图2所示，假设RL是一个可以变化的负载，那么输出电压Vo会随着负载RL的变化而变化，这样的话，输出电压是非常不稳定的。

图 2

为了输出电压Vo变得稳定，可以通过负载RL的变化来调整电阻R1的阻值，就能将固定电阻R1更换成一个可变的电阻，假如用一个电位器，如图3所示，如果负载RL变大，电位器的电阻阻值随之变大；如果RL变小，电位器的电阻阻值随之变小，但是电位器电阻阻值的变大变小要人为手动进行调整。为了避免这么麻烦，需要使用其他的元器件来替代电位器，而且该元器件可以随负载RL变化而变化阻值的，通过电子元器件的特性，这里可以使用三极管，并且让三极管工作在线性状态。

图 3

如图4所示，当使用了三极管时，负载RL的电流会增加，当输出电压Vo在下降的时候，三极管be之间的压差会变大，基极电流会变大，这时三极管工作在放电区域，基极电流增加引起了集电极电流的增加，当集电极电流变大的时候，会使负载RL上的电压变大，这样就得到了稳定的输出电压Vo。但是这个电路会有一个明显的缺点，就是当输入电压Vin变大的时候，三极管的基极电压会随之变高，同时引起集电极电流变大，此时的负载RL是不变的。但通过的电流在变大，那么输出电压Vo也会变大，当输入电压Vin变小的时候，同理输出电压Vo会变低。这样输出电压Vo就会随输入电压Vin的变化而变化。

图 4

图4电路的输出电压Vo会随输入电压Vin的变化而变化，为了解决这个缺点，如果将三极管的基极电压稳定了，输出电压Vo就不会随输入电压Vin的变化而变化了，可以在三极管的基极加稳压管以达到基极电压稳定的目的，如图5所示，这样输出电压Vo也会变得稳定。该电路其实就是一个LDO线性电源，这个电源是通过调整Q1的阻值来实现输出电压Vo的稳定，输出电压Vo虽然稳定了，但是当Q1与RL串联时，输出功率是Vo*l，Q1上的功率是（Vin-Vo）*l，当输出电压与输入电压相差比较大的时候，Q1上的损耗功率较大，会造成效率很低。

图 5

为了解决效率低的问题，假如让Q1工作在开关区域，如图6所示，当Q1变成了开关的时候，我们可以控制Q1的开通时间Ton来调整输出电压Vo，但是此时的输出电压Vo是一个高低电平的脉冲电压，需要输出电压Vo稳定，可以通过利用电容的滤波作用来实现。

图 6

为了把输出电压Vo的脉冲电压滤平整就要增加电容C1，如图7所示，这样就可以实现输出电压Vo的稳定，通过公式Vin*l*D=Vo*l，D=Ton/T可知，只要控制每个周期开通时间Ton值就行了。虽然输出电压Vo稳定了，但是开关管在打开状态，输入电压Vin给电容C1充电的时候，因没有限流电阻，这样会导致开关在打开的时候，冲击电流比较大，对开关管的影响会非常大，容易损耗开关管，为了解决该问题，我们可以增加一个限流元器件来保护开关管，如果增加电阻来限流的话，是不是又回到了损耗增加的问题，那就要增加不仅能限流还能不增加损耗的元器件，其中的电感就能满足该需求。

图 7

为了限流的同时又不增加损耗，我们可以增加电感来限流，如图8所示，当增加了电感L1后，当开关关断的时候，电感L1上会没有续流回路，这样就会出现开关拉弧等现象的出现。为了解决开关关断后电感有续流回路的问题，就要增加一个二极管来实现续流的目的。

图 8

在增加了续流二极管D1之后，BUCK电路基本就成型了，这时把开关改成MOS管就可以了，如图9所示，这样就形成了典型的BUCK电路。

图 9

对于BUCK电路的应用，合肥艾创微电子科技有限公司的ICW4007、ICW4008和ICW4009产品都是高效率高精度的非隔离降压开关电源恒压控制驱动芯片，分别可以满足3.3V/0.4A、5V/0.4A和12V/0.4A的应用需求。适用于85VAC~265VAC全范围输入电压的非隔离Buck、Buckboost拓扑结构，尤其适用于小家电、白色家电等电源的驱动。该系列产品的应用原理框图如图10所示。

1）内部集成>800V的高压功率管，采用恒压控制模式，系统可工作于CCM和DCM模式。采用特有的PFM控制方式，改善音频特性。

2）内置特有的峰值电流控制，无需CS电阻；内置启动电路，无需启动电阻。待机功耗<75mW。外围应用简单，可靠性强。

3）具有多重保护功能，包括VCC钳位/欠压保护，输出短路保护、电感过电流保护及过温保护等保护功能。

图 10

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艾创微（AICHUANGWEI）电源管理/信号链/电机驱动/宽禁带半导体功率芯片选型指南

描述- 艾创微成立于 2015 年，总部位于合肥市肥西经开区，专注于研发高性能模拟及数模混合芯片，为客户提供高效能、低功耗、品质稳定的集成电路产品,同时提供一站式的应用解决方案和现场技术支持服务。公司研发的产品包括车规级电源管理芯片、车规级信号链芯片、车规级电机驱动芯片及宽禁带半导体功率芯片，主要应用于新能源及新能源汽车、智能电网、新一代智能家电等领域。

型号- ICW4008A,ICW3102,ICW6216,ICW4008B,ICW2540A,ICW6215,MD57XX,MD8933,ICW1235-Q1,MD7209,MD7208,MD53XX,ICWM12020001,MD957X,MD76XX,ICWM12020002,ICWM12008001,MD7682,ICW4008S,ICW103A,ICW2802,ICW2801,MD75XXH,ICW2006,ICW6207,ICW4009A,ICW6208,ICW875X,ICW2540,MD0001,ICW5015,ICW8249,MD116X,MD7620A,ICW1215-Q1,ICW5013,BC100S,ICW128S,MD132X,ICW847X,ICW5012,MD75UXX,ICW5010,MD88XX,ICW1221-Q1,MD7672,ICWM12040001,MD7671,MD84XX,MD7673,ICW206-7V,MD78UXX,ICW1232-Q1,ICW100,ICW2139,ICW78XX,ICW2199,MD9927,ICW1233-Q1,ICW5069,ICWH06530001,ICWH06530002,MD52XX,MD75XX,MD71XX,MDZ12XX,MD73RXX,MD162X,MD7612XX,ICW37170,ICW4007,ICW78M15,ICW3485E,ICWM12016001,ICW1261-Q1,MD73SRXX,ICW3104-N,ICW6205,ICWM17065001,ICW2001,MD7680XX,ICW6206,ICW845X,ICW6204,ICW2003,MD7218,ICW6201,ICW3490E,ICW212GS,ICW7135,ICW1238-Q1,MD7219,ICW6200,ICW6510T,MD8941,ICW3052,MD8942,SRDXXX4561096,MD83XX,ICW206,MD53RXX,ICW209,ICW3232E,ICW2358,ICW78M24,ICW0310,ICW7741,MD113X,ICW7188,ICWM12004001,ICWM12004002,ICW203H-7V,MD70XX,SRDXXX31304121,MD51XX,ICW3116B,MD75RXX,ICW0308,ICWM12004003,ICWM12002501,ICW3669F,ICW1231-Q1,ICW0306,MD71XXH,ICW1117,ICW841X,ICW1236-Q1,MD6127CXX,MD3156XX,MD73SQXX,ICWH06506501,ICW37200,ICW5178,ICW5176,ICW5012-N,ICW5177,ICW5175,ICW3151,ICW3150,MD82XX,ICW3783A,MD151X,ICW32S16C,ICW864X,ICW3126,MD7616-30,ICW1214-Q1,ICW208AD,ICW28010W,ICW836X,MD58XX,ICW3122,ICW1237-Q1,ICW3121,ICW8651,MD77XX,ICW2150,ICWH06513501,MD53UXX,MD7660,MD73XX,ICW206-8V,MD53XX-1,ICW3667A,ICW3667B,ICW37130,ICW1218,ICW2545,MD73XXH,ICW3118,ICW4009B,ICW8702,ICW2450A,ICW1076,MD85XX,ICW203H-8V,ICW8020,ICW203H,ICW3115B,ICW118A,ICW5947,ICW3128,ICW2159,ICWM12032001

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ICW3669F	AC-DC转换器	SOP8	850V	75mW	12W	内置BJT	50Hz-60KHz