BUCK电路含义:降压式(Buck)变换器
异步BUCK
拓扑电路由开关管Q,二极管D,输出滤波电感L和输出滤波电容C构成。
为何要使用BUCK电路?
以12V转5V为例,当提及电压变化输出的时候,我们第一时间会想到利用电阻的分压原理。
但是这样做会产生一个问题,那就是当后续负载变化的时候,他与R2的等效电阻就会影响分压的变化,达不到我们需要的5V的要求。
为什么使用开关?
使用电阻降压会烧掉多余的能量(发热严重)。开关(相当于一个极速水闸)只有“全开”和“全关”两种状态,理想情况下导通电阻接近0、关电漏电为0,理论上不消耗功率,,全靠“切时间”而不是“耗能量”来降压,这是BUCK电路效率高达90%以上的根本原因。
为什么使用电容、电感?
以12V转5V为例,我们需要一个元器件将大于5V的能量储存起来,在低电平的时候将能量释放,以填补低电平的空缺,对于这种器件,我们首先想到的就是利用电容。
于此同时我们注意到另外一个问题,那就是电容两端的电压是不能突变的,由公式我们可以知道,当dt极小的时候,所造成的I会特别大,因此就会带来一个非常大风险。
因此,我们需要减少电流的变化,以达到减少电压的变化。对于这个性质 我们联想到利用电感串联在主回路当中,以达到相应的效果。
那你可能会问为什么不直接使用电容呢,因为电容也是一个能减缓变换的器件。原因很简单,因为前面周期性的输出,同样会导致这个电容的两端,电压突变。实质上还是没能避免电容两端电压突变的一个这样的问题,所以综上所述,我们可以使用电感来解决这个问题。
为何在拓扑结构当中会使用二极管?
原因就是因为电感的特性。因为我们在这个电路(未加二极管)当中实际上还是利用了MOS管的导通与不导通状态切换来实现的,那么这样不可避免的就会使得电流会有所突变,因为在MOS管导通的时候有电流,在非导通状态下是没有电流流过的,因此在一个极短的时间之内,流过电感的电流是会产生突变的
而电感的特性是流过电感的电流是不能突变的,对此,我们需要一个能让电流流进的回路,也就是我们这里的MOS管作为开关在断开的时候,可以流过的回路。对此我们联想到了二极管的一个作用,那就是续流,它做续流二极管的时候可以保证在MOS管断开的时候,电感的电流能通过负载、二极管构成这样的一个回路。
为什么不直接利用导线呢,因为使用导线也可以使电流流回到电感。我们注意到一个问题,我们只是在开关断开的时候才需要一个这样的回路。如果使用导线,在开关闭合的时候,也就是MOS管导通的时候,他的电流会直接通过这条路流到我们的地线,也就不会再通过电感了。因此这里我们只需要一个单向导通的器件,也就是二极管。