BUCK变换器实验指导书

BUCK变换器

示波器

万用表

滑动变阻器（可选）

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；

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；

理解不同工作特性下BUCK转换器输出电压与占空比的关系；

通过直接的波形展示，了解输出电压的纹波；

理解实际工作中输出电压与负载大小的关系；

与理想状态进行对比，使学生明白实际工作中的效率问题；

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。

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。

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。

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。

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：

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。

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。

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。

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。