波电压和输出电压相比非常小,可以忽略不计。4采样网络R1和R2的阻抗很大,从而使得流经它们的电流可以忽略不计。在以上假设的基础上,下面我们对Buck变换器的工作过程进行分析。如图1所示,当开关元件M1导通时,电压V1与输出电压Vdc相等,晶体管D1处于反向截至状态,电流ID10。电流IM1IL1流经电感L1,电流线性增加。经过电容C1滤波后,产生输出电流IO和输出电压VO。采样网络R1和R2对输出电压VO进行采样得到电压信号VS,并与参考电压Vref比较放大得到信号。如图1(a)所示,信号Vea和线性上升的三角波信号Vtr比较。当VtrVea时,控制信号VWM和VG跳变为低,开关元件M1截至。此时,电感L1为了保持其电流IL1不变,电感L1中的磁场将改变电感L1两端的电压极性。这时二极管D1承受正向偏压,并有电流ID1流过,故称D1为续流二极管。若IL1IO时,电容C1处于放电状态,有利于输出电流IO和输出电压VO保持恒定。开关元件截至的状态一直保持到下一个周期的开始,当又一次满足条件VeaVtr时,开关元件M1再次导通,重复上面的过程。由分析可得,Buck变换器的工作过程可分为两部分:
f1开关(晶体管)导通:二极管D1截止;电感电流线性增加并储能;电容充电储能;输出电压Vo。
2开关(晶体管)关断:二极管D1导通;电感释放能量;电容放电;输出Vo。
2、Buck变换器反馈环路分析
仔细分析Buck变换器的原理图可知,它的反馈环路是一个负反馈环路。如图3所示,当输出电压VO升高时,电压VS升高,所以误差放大器的输出电压Vea降低。由于Vea的降低,使得三角波Vtr更早的达到比较电平,所以导通时间To
减小。因此,Buck变换器的输入能量降低。由能量守恒可知,输出电压VO降低。反之亦然。
VO
VS
Vea
To
VO
VO
VS
Vea
To
VO
图3Buck变换器的负反馈环路
3、Buck变换器的两种工作模式
按电感电流IL1在每个周期开始时是否从零开始,Buck变换器的工作模式可以分为电感电流连续工作模式(Co
ti
uousCo
ductio
Mode,CCM)和电感电
流不连续工作模式(Disco
ti
uousCo
ductio
Mode,DCM)两种。两种工作模
式的主要波形图如图24所示。下面分别对这两种工作模式进行分析。
V1
T
Vdc
To
Toff
0
IM1
t
I2
I1
0ID1
t
I2
I1
0IL1I2
tIO
I1
0IC1
t
0
t
V1Vdc
TToff
To
TdTid
0
IM1
t
0ID1
t
0IL1
t
IO
0IC1
t
0t
aCCM工作模式
(b)DCM工作模式
图4Buck变换器的主要工作波形图
f1)Buck变换器的CCM工作模式
由定义可知,Buck变换器的CCM模式是指每个周期开始时电感L1上的电流
不等于零r