BUCK變換器課程教學設計

梅建偉+田艷芳+雷均+劉杰+魏海波

【摘要】在分析BUCK變換器來由的基礎上，本文給出了直流變換電路的控制方法和工作原理，結合BUCK變換器關鍵節點的電壓和電流波形，對其三種工作狀態進行了詳細的理論分析和推導，同時對電感和電容的選型進行了計算，在工程應用中常常出現的問題進行了解析，并且給出了解決問題的辦法，該教學內容促進了BUCK變換器工程應用。

【關鍵詞】BUCK；電流臨界；故障診斷

G712；TM46

1、主回路來由

圖1（a）中的MOSFET工作在開關狀態，當在MOSFET的柵極施加脈沖驅動信號時，將恒定的直流電壓信號變換成脈動的直流電壓信號，此時如果我們想得到恒定的直流電壓信號，此時施加低通濾波信號，增加的濾波電路如圖1（b）所示，脈動的直流電壓信號經過低通濾波電路后得到恒定的直流電壓信號，該電壓小于輸入直流電壓信號，當MOSFET關斷時，由于電感中的電流需要續流通道，因此必須增加續流二極管，得到如圖1（c）所示的電路，該電路即為BUCK變換器。

2、工作原理

2.1 控制方式

直流變換電路通常有三種控制方式：

（1） 脈沖寬度調制（PWM）：驅動脈沖的頻率不發生改變，但是改變脈沖的寬度；（2） 脈沖頻率調制（PFM）：改變驅動脈沖的頻率，但脈沖的寬度維持不變；（3） 混合調制（PWM&PFM）：在改變驅動脈沖的頻率的同時改變脈沖的寬度，通常情況下是先改變頻率，當頻率變化到上下限時再改變脈沖寬度。

2.2 工作原理

t=0時刻驅動MOSFET導通，電源E向負載供電，負載電流io按指數曲線上升。

t=t2時控制MOSFET關斷，電感中的電流通過二極管D續流，負載電流呈指數曲線下降。

電路中關鍵節點的電壓和電流波形如圖2所示，在該電路中通常所說的電流斷續、臨界和連續狀態，這里所述的電流是指電感的電流。

3、數量關系

在進行數量計算時，開關器件認為是理想開關，其他元件理想的線性元件，其中理想開關元件滿足三個條件，分別是開關斷開時沒有漏電流、開關導通時沒有導通壓降以及開關瞬間完成。

參考文獻：

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2001.

作者簡介：梅建偉（1978-），男，湖北麻城人，副教授，碩士研究生，研究方向：電力電子變換技術以及電機控制技術方面的研究。