BUCK电路的重要分析及公式推导.doc

BUCK电路，也称为降压转换器，是开关电源中的一种基本拓扑结构，主要用于将高电压转换为低电压，同时能保持稳定的输出。本文主要分析了BUCK电路的工作原理、电流连续模式（CCM）与断续模式（DCM）的区别、以及这两种模式下的稳态关系，并探讨了BUCK变换器的AC等效电路模型和电压、电流补偿环的设计。 BUCK电路的原理图如图1所示，其特点是输出电压小于输入电压，输出电流连续，而输入电流呈现脉动状态。工作过程可以分为两个阶段：当开关管导通时，电感储存能量，电流线性增加，同时向负载提供能量；而当开关管关断，电感通过二极管续流，电流线性减小。基于电感伏秒平衡原理，可以推导出关于开关管占空比、电感值、输入电压和输出电压的关系式，这些关系式对于理解和设计BUCK电路至关重要。 接着，文章讨论了CCM和DCM的区别。在CCM中，电感电流在整个开关周期内始终保持连续，而在DCM中则会出现电流中断。BUCK电路的边界条件是电感电流纹波等于输出电流，根据这个条件，可以确定转换器在哪个模式下工作。当电流纹波等于零，即开关周期内电感电流始终连续，BUCK变换器处于CCM模式；反之，若电流纹波大于零，则工作在DCM模式；在两者之间，则为CCM/DCM边界。 在DCM时，BUCK变换器的稳态关系可以通过分析一个完整周期的三个阶段来理解：储能阶段、能量释放阶段和电容放电阶段。通过电感的伏秒平衡原理，可以推导出电感电压平均值和电容电流平均值的表达式，进一步分析输入电流的平均值。 对于AC等效电路模型，文章考虑了输出电感的寄生电阻（DCR）和输出电容的等效串联电阻（ESR）。通过建立平均值近似，可以简化小纹波量，进而构建小信号AC模型。这有助于分析BUCK电路的动态性能和稳定性，得出关键的频率响应参数。 文章提到了电压补偿环和电流反馈补偿设计。电压补偿环通过改变占空比来调节输出电压，以实现系统电压的负反馈控制。而电流反馈补偿设计，特别是峰值电流控制，目的是保持电感峰值电流恒定以及输出电压稳定。通过建立相应的数学模型，可以设计出有效的控制策略。 BUCK电路的工作原理、模式分析、稳态关系和补偿设计构成了开关电源理论中的核心内容，对于理解和设计高效、稳定的电源转换系统具有重要的指导意义。