buck电路单个开关管流过的电流不能满足负载需要的电流要求(buck电路电感电流和负载电流)

buck和boost电路工作原理

Buck变换器工作在电感电流连续模式下的,其工作原理如下:

开关管的导通与关断受控制电路输出的驱动脉冲控制,当控制电路脉冲输出高电平时,开关管导通,如续流二极管阳极电压为零,阴极电压为电压电压,因此反向截止,开关上流过电流流经电感向负载供电;此时中的电流逐渐上升,在两端产生左端正右端负的自感电势阻碍电流上升,将电能转化为磁能存储起来。经过时间后,控制电路脉冲为低电平,开关管关断,但电流不能突变,

电感两端产生右端正左端负的自感电势阻碍电流下降,从而使正向偏置导通,于是电流构成回路,电流值逐渐下降,储存的磁能转化为电能释放出来供给负载。经过时间后,控制电路脉冲又使开关管导通,重复上述过程。滤波电容的作用是为了降低输出电压的脉动。续流二极管是必不可少的元件,若无此二极管,电路不仅不能正常工作,而且在开关管由导通变为关断时,两端将产生很高的自感电势从而损坏开关管。

Boost电路的工作原理分为充电和放电两个部分来说明。在充电过程中,开关闭合(三极管导通),等效电路图,开关(三极管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。

这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了,升压完毕。

说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。如果电容量足够大,那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

DC-DC BUCK电路设计注意事项

1、输入18V~26V,输出5V/3A兼容5A(后续可能)

2、纹波100mV以下

3、其他

buck IC选型:TPS54560

参考datasheet

器件选型:

1、电感选择,关键参数饱和电流、直流阻抗

2、二极管选择,电压电流参数匹配

3、反馈电阻选择,参考datasheet

4、频率选择,参考datasheet

5、EN脚使能,参考datasheet

原理图评审

参考datasheet

layout评审

1、确认生产稿,注意过孔盖盖绿油还是开窗;

2、默认输出gerber文件;

1、输出丝印图,丝印清晰无错误;

2、有需要提供钢网文件

1、输出测试原理图

2、输出测试报告

问题:功能测试不符合要求,带载能力不行,电子负载输出电流(0 ~ 3A),输出电压跌落设计值(5V~4.3V)。

1、是不是负载电流过大,超过设计值,没有的事;

2、是不是输入电压过低,直流源输入的,没有的事;

3、是不是电源IC内部出了问题,肯定不会,没有的事(排除器件问题,偷偷换了个好的测试了下)

4、是不是电感选型有问题,没有满足设计要求,没有的事;

5、是不是输入输出电容有问题,暂时排除;

6、是不是layout设计缺陷,这个也暂时排除,最好不是,错了也有不承认。。。

7、查看原始设计文件

呼叫示波器

1、样板测试,引脚SW、引脚FB,查看SW波形是否正确,查看FB引脚电压是否稳定

这是我见过最活泼的方波,VFB空载输出稳定,输出负载增大,电压跌落,VFB输出开始跌落,输出电压随之跌落;

肯定是输出纹波太大,干扰了反馈的电压值,定下策略,反馈脚加电容,排除掉干扰,问题找到那就好办了,开始坐上焊接台,摆上一排电容,20~200pF,随便挑,拿一个,心中默念,容哥儿,你是我爸爸,天已经渐渐黑了,示波器依然显示这初始设计的状态,期间有30mV的浮动,心想有戏,接着干;(拿起电话求助大佬)

未完待续。。。

buck电路,输出电流能超过输入电流吗?

并非所有元件都是串联,续流二极管就是并联的。因此输出电流等于开关元件和续流二极管电流之和,必定大于开关元件电流(也就是输入电流)的值。

buck电路稳压原理

电路呢,?

2.2.1开关器件导通和关断时,电路的动态工作过程分析

2-1图 开关导通、关断的等效电路图

当驱动信号使开关管导通时如2-1(b图),电容C开始充电,输出电压加在负载上。电容C在充电过程中电感L的电流逐渐增加,储存的能量也逐渐增加,此时续流二极管反向截止。

当驱动信号使开关管截止时如2-1(c图),L开始释放能量,L中的电流开始减小,L产生的感应电动势使续流二极管导通,电流通过电感、续流二极管构成回路给负载传递能量。当负载电压低于电容C两端的电压时,C开始向负载释放能量。驱动控制信号使开关管周而复始的重复上述过程,从而使输出电压趋向一个定值。[12]

BUCK变换器有三种工作模式:第一种是电感电流处于连续的工作模式。第二种时电感电流处于断续的工作模式。第三种是电感电流处于临界的工作模式。所谓的临界模式是,在开关管截止到导通这个时间电感L中的能量刚好释放完,也就是开关管截止终止时电感电流刚好为零。[13]

等效的电路模型及基本规律

2-2图等效电路模型图

(1)从电路可以看出,电感L和电容C组成低通滤波器,此滤波器设计的原则是使 us(t) 的直流分量可以通过,而抑制 us(t) 的谐波分量通过;电容上输出电压 uo(t)就是us(t)的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。

(2)电路工作频率很高,一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t) 很小,相对于电容上 输出的直流电压Uo有:

(2-1)

电容上电压宏观上可以看作恒定。电路稳态工作时,输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成,宏观上可以看作是恒定直流,这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。[15]

(3)一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时,电容电压升高,导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加,使电容电压上升速度减慢,这种过程的延续直至达到充放电平衡,此时电压维持不变;反之,如果一个周期内放电电荷高于充电电荷,将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小,使电容电压下降速度减慢,这种过程的延续直至达到充放电平衡,最终维持电压不变。[12]

这种过程是电容上电压调整的过渡过程,在电路稳态工作时,电路达到稳定平衡,电容上充放电也达到平衡,这是电路稳态工作时的一个普遍规律。

(4)开关S置于1位时,电感电流增加,电感储能;而当开关S置于2位时,电感电流减小,电感释能。假定电流增加量大于电流减小量,则一个开关周期内电感上磁链增量为:

(2-2)

此增量将产生一个平均感应电势:

(2-3)

此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度,最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零;一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。

这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量(磁链平均增量)为零的现象称为:电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。

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