嵌入式硬件电子电路设计（一）开关电源Buck电路

目录

Buck电路基本结构

1. 开关闭合（SW 闭合）

2. 开关断开（SW 断开）

3. 开关控制和占空比

MP1584电路分析

其他Buck芯片的电路参考

Buck电路基本结构

下图是简化之后的BUCK电路主回路。下面分析输出电压的产生K闭合后，D关断，电流流经L，L是储能滤波电感，它的作用是在K接通Ton期间限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对R进行电压冲击，同时把电感电流IL转化成磁能进行能量存储;与R并联的C是储能滤波电容，如此R两端的电压在Ton期间是稳定的直流电压2、在K关断期间TOff，L将产生反电动势，流过电流L由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D，最后回到反电动势eL的负极。由于C的储能稳压，Tof阶段的输出电压Uo也是稳定的直流电压K闭合时，L两端有压降，意味着Uo<Ui，BUCK电路一定是降压电路。

如下为SW导通和断开的图示。

主要结构是围绕着上述元器件所展开。

因此我们了解完结构之后，我们对Dt与I建立的关系式，如下图所示，分别从SW为研究对象阐述。

1. 开关闭合（SW 闭合）

• 能量存储：当开关闭合时，输入电源通过开关流入电感器，电感器开始储存能量。电流逐渐增加，电感器中的磁场也逐渐建立。
• 电压传递：在此状态下，电感器的电压几乎等于输入电压，输出端的电压会随着电感器的充电而上升。
• 滤波：由于电感器的特性，电流在升高时不会瞬间变化，这有助于减少输出电流的波动。

2. 开关断开（SW 断开）

• 能量释放：当开关断开时，电感器不再与输入电源相连。电感器中的能量会通过二极管（或同步整流MOSFET）释放到输出端，从而维持输出电压。
• 电压调节：在开关断开期间，电感器的电流会逐渐减小，但输出端的电压会保持在一定的水平，具体取决于电感器的电流变化和输出负载。
• 输出平滑：此时电流通过二极管流向负载，使得输出电压保持稳定，避免电压骤降。

3. 开关控制和占空比

• 调节输出电压：通过控制开关的导通时间和断开时间（即占空比），可以精确调节输出电压。占空比越大，输出电压越高；占空比越小，输出电压越低。
• 频率调节：开关的开关频率（频率越高，开关切换的速度越快）也会影响输出电压和电流的波动，设计时需要综合考虑。

当我们补充完上述理论基础知识后，还需要具体调研，对实际场景或者产品中运用进行学习研究。

MP1584电路分析

我们查看芯片手册，得到如下基本电路图。

由降压型开关电源芯片MP1584构成的Buck电路的电路图如下所示。

• VIN（输入电压）：

  • 该引脚用于连接输入电源，提供转换器所需的输入电压。一般来说，输入电压范围是 4.5V 到 28V。

• SW（开关）：

  • 这个引脚连接到内部开关元件（通常是 MOSFET）。它用于将输入电压转化为所需的输出电压。在开关导通时，SW 引脚会与 VIN 相连，电流流入电感器；在开关断开时，SW 引脚则连接到输出端和地之间，通过二极管释放能量。

• FB（反馈）：

  • 反馈引脚用于监测输出电压。通过连接分压电阻网络，将输出电压反馈到该引脚，以保持输出电压在设定值上。系统根据此反馈信号调节开关的工作状态。

• EN（使能）：

  • 使能引脚用于控制转换器的启用和禁用。将该引脚接高电平（通常是 VIN 电压）会启用转换器，接低电平会将其关闭。这对于节省电源和控制功耗非常有用。

• FREQ（频率）：

  • 频率引脚用于选择开关频率。通过接不同的电阻，可以调整转换器的工作频率，通常在 200kHz 到 1MHz 之间。这有助于优化电路的性能和效率。

• COMP（补偿）：

  • 补偿引脚用于连接补偿网络，以优化控制环路的稳定性和动态响应。这通常需要外部组件（如电容器和电阻器）来设计，以确保转换器在不同负载条件下保持稳定。

• GND（地）：

  • 地引脚是电路的公共接地，所有电压参考都基于此引脚。正确的接地连接对于降低噪声和确保电源稳定性至关重要。

其他Buck芯片的电路参考