BUCK变换器课程教学设计

梅建伟+田艳芳+雷均+刘杰+魏海波

【摘要】在分析BUCK变换器来由的基础上，本文给出了直流变换电路的控制方法和工作原理，结合BUCK变换器关键节点的电压和电流波形，对其三种工作状态进行了详细的理论分析和推导，同时对电感和电容的选型进行了计算，在工程应用中常常出现的问题进行了解析，并且给出了解决问题的办法，该教学内容促进了BUCK变换器工程应用。

【关键词】BUCK；电流临界；故障诊断

G712；TM46

1、主回路来由

图1（a）中的MOSFET工作在開关状态，当在MOSFET的栅极施加脉冲驱动信号时，将恒定的直流电压信号变换成脉动的直流电压信号，此时如果我们想得到恒定的直流电压信号，此时施加低通滤波信号，增加的滤波电路如图1（b）所示，脉动的直流电压信号经过低通滤波电路后得到恒定的直流电压信号，该电压小于输入直流电压信号，当MOSFET关断时，由于电感中的电流需要续流通道，因此必须增加续流二极管，得到如图1（c）所示的电路，该电路即为BUCK变换器。

2、工作原理

2.1 控制方式

直流变换电路通常有三种控制方式：

（1） 脉冲宽度调制（PWM）：驱动脉冲的频率不发生改变，但是改变脉冲的宽度；（2） 脉冲频率调制（PFM）：改变驱动脉冲的频率，但脉冲的宽度维持不变；（3） 混合调制（PWM&PFM）：在改变驱动脉冲的频率的同时改变脉冲的宽度，通常情况下是先改变频率，当频率变化到上下限时再改变脉冲宽度。

2.2 工作原理

t=0时刻驱动MOSFET导通，电源E向负载供电，负载电流io按指数曲线上升。

t=t2时控制MOSFET关断，电感中的电流通过二极管D续流，负载电流呈指数曲线下降。

电路中关键节点的电压和电流波形如图2所示，在该电路中通常所说的电流断续、临界和连续状态，这里所述的电流是指电感的电流。

3、数量关系

在进行数量计算时，开关器件认为是理想开关，其他元件理想的线性元件，其中理想开关元件满足三个条件，分别是开关断开时没有漏电流、开关导通时没有导通压降以及开关瞬间完成。

参考文献：

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

作者简介：梅建伟（1978-），男，湖北麻城人，副教授，硕士研究生，研究方向：电力电子变换技术以及电机控制技术方面的研究。