BUCK变换器实验指导书

1、加深对所学知识的理解，通过实验更深入、实际的对所学知识进行诠释；

2、帮助学生了解BUCK电路及其主要部件的工作特性与工作原理；

3、理解不同工作特性下BUCK转换器输出电压与占空比的关系；

4、通过直接的波形展示，了解输出电压的纹波；

5、理解实际工作中输出电压与负载大小的关系；

6、与理想状态进行对比，使学生明白实际工作中的效率问题；

7、深入理解BUCK DC/DC变换器的两种工作特性CCM工作模式与DCM工作模式。

1、原理框图

MOSFET开关管和续流二极管D构成一个最基本的BUCK DC/DC降压变换电路。

通过对MOSFET开关管进行周期性的开通、关断控制，能将输入直流电压变换为输出电压，输出电压小于输入电压。二极管D在MOSFET关断时起到续流的作用。

这种降压变换电路连同LC滤波电路被称为BUCK型DC/DC变换器。

2、降压原理

对MOSFET施加下图所示的开关驱动信号 :

在Ton期间，VG＞0，MOSFET处于导通状态；

在Toff期间，VG=0，MOSFET处于关断状态。

开关周期为 Ts，开关频率为 fs

导通时间与周期的比值称为导通占空比D， D=Ton/Ts

改变占空比，就可以改变输出电压的平均值。 

3、 LC滤波

MOSFET输出电压中除了直流分量还有交流分量，LC滤波电路可以减少输出电压的交流分量，这就保证了负载电压为平稳的直流电压。

1、输出电压与占空比关系 

在CCM模式下， 输出电压等于出入电压乘占空比，用公式表示为：

2、纹波的计算与观察

纹波就是一个直流电压中的交流成分。由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分，即便是最好的基准电压源器件，其输出电压也是有波纹的。

纹波计算公式：（下图）

可以使用示波器的交流耦合模式（AC Coupling）来查看输出电压的纹波。

3、输出电压与负载的关系

在理想情况下，输出电压应该与负载无关。

但实际的电源内阻、MOSFET导通电阻、电感的内阻等都会产生压降，且负载电流越大，这个压降也越大。压降最终会影响到输出电压。

4、工作效率

效率计算公式：

效率 = 输入功率 / 输出功率 

理想情况下工作效率是100%。

但实际工作中存在损耗，BUCK转换器主要的损耗是导通损耗和交流开关损耗。

导通损耗主要是指MOSFET导通电阻和二极管导通压降；

MOSFET导通不是瞬间的，导通电流有个从零逐渐上升到最大的过程。MOSFET关断也有类似情况。这就是交流开关损耗，交流开关损耗与开关的频率成正比。

5、CCM与DCM

根据电感电流是否连续，可划分为连续电流模式(CCM Continuous Current Mode) 、不连续电流模式(DCM Discrete Current Mode)和临界电流模式(CRM) 。

如下图1

工作于连续模式的最小电感值为临界电感计算公式如下：下图2

如果L > Lmin, 则工作于 CCM模式；反之工作于DCM模式。