降压电路分析(1)
一.电路组成
如图1所示，异步降压电路主要由MOSFET场效应晶体管(Q1)、功率二极管(D1)、电感(L1)、输入电容(C1)、输出电容(C2)和负载(R1)组成。用MOSFET场效应晶体管(Q2)代替功率二极管(D1)构成一个同步降压电路，如图2所示。
图1异步降压电路
图2同步降压电路
降压电路又称降压电路，其基本特点是：
(1) DC-DC转换电路，输入DC和输出DC；
(2)输出电压小于输入电压；
(3)降压转换电路将输入电压转换成低于输入电压的电压并输出。
在相同条件下，比较同步降压电路和异步降压电路。同步降压电路用MOSFET (Q2)代替转换效率更高的功率二极管(D1)，因为功率二极管(D1)的压降比较高，电流流动时会造成较大的损耗，而MOSFET的导通电阻Rds(on)和开关造成的损耗比较低。因此，同步降压电路的效率相对较高。
二、工作原理
从图1和图2可以看出，需要使降压电路输出电压。需要控制MOS管的开通和关断；控制方法包括PWM脉宽调制和PFM频率调制。下面将用PWM脉宽调制方法来控制MOS的开通和关断，分析电路在运行中的状态、波形、参数计算和分析。为了分析方便，做如下假设：MOS管和二极管都是理想二极管，导通时等效为短路，关断时等效为开路。电感和电容也是理想元件，只需要考虑它们自身的感抗和容抗。BUCK电路的工作状态根据电感电流是否降为零可分为连续电流模式(CCM)、不连续电流模式(DCM)和临界电流模式(BCM)。下面将针对不同的工作模式进行稳态计算和分析。
1.连续电流模式
图3 PWMH显示了高电流流动方向。
如图3所示，当PWMH为高时，(Q1)导通，(D1)反向关断；DC电压(Ui)为电感(L1)储存能量，并通过(Q1)为负载提供能量。在这个过程中，UI UO和UI UO的电压施加在电感上，在电感饱和之前，电感电流线性增加，电感储存能量。因此，可以计算电感电流增加量，
图3 PWMH显示了低电流方向。
如图4所示，当PWM为低电平时，Q1关闭，电感电流线性下降。根据楞次定律，电感器L1上会产生“右加左减”的感应电动势。此时，电感(L1)电容C2释放能量，通过整流二极管向负载供电，整流二极管正向导通。
根据电感特性和上述计算公式，对于一个电感值固定的电感，电感电流的增减取决于时间长度乘以相应时间内的电压，称为伏秒积。对于一个稳定的电路，电感的伏秒积在一个周期内必须为零。如果电感电流的增加总是大于减少，电感电流就会一直增加，不会达到平衡状态。电感器的平均电压在一个周期内也为零。
当PWMH定义为高时，Q1导通时间为t(on)；当PWMH为低时，Q1截止时间为t(关)；一个PWM周期是Q1导通时间和截止时间的总和。定义Q1的导通时间与该PWM周期的比值，并确定PWM占空比d。则PWM周期T和频率F为：
