【一起学电源吧】电源兴趣小组集合啦！这一次我们从基础开始

okhxyyo

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    每个工程师心中，都有个学好电源的梦想。但是往往限于各种各样的现实原因而没有实现。

    现在，EEWorld邀你加入活动“一起学电源吧！“ 我们将通过定期的知识点分享、问答、试用、动手DIY活动，助力你电源技能的积累。

    如果你有电源方面的困扰，欢迎跟帖留言。

    如果你擅长电源设计技能，欢迎自告奋勇讲解。

 

 

 

现在开始第一讲：Buck电路简介

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电源分类及不同类型电源区别

    电源存在于我们生活的各个方面，我们经常会接触到线性电源和开关电源。其中线性电源主要使用LDO（线性稳压器）电源，但是需要注意的是，线性电源并不等于LDO电源，LDO电源只是线性电源的一种。而常见的开关电源则包括DC-DC电源、AC-DC电源、AC-AC电源等。

 

    用网上一个形象的比喻可以这样区分线性电源和开关电源，通过水阀门控制水龙头出水的大小。线性电源是通过将水阀调整到一定的位置来让水龙头流出我们所需的水流，而开关电源，是通过不断全开全关水阀，速度足够快的话，也能通过开和关的时间比例流出我们所需的水流。

 

    总体而言，电源就像一个能量分割装置，将供电分割成负载所需的电源参数使其正常工作，并根据用电负载的情况实时调节电源输出（这一部分就叫反馈回路）。

 

    从下表，可以看到线性稳压电源和开关电源的比较：

 

序号	项目内容	线性稳压电源	开关电源
1	控制方式及功率管工作方式	调整串联晶体管的工作状态，晶体管工作在线性状态	调脉宽（PWM）或频率（PFM），功率管工作在开关状态
2	输入电源范围适应性	输入输出电压压差大时电源效率低	允许输入电压变化范围大。
3	效率	效率低，一般小于＜70%，损耗以热量形式在调正管上，输出电压一定时，输入电压越高效率越低。	效率高，在全电压范围内一般效率在80%以上
4	电路结构	简单	较复杂
5	纹波噪声	纹波小（PSRR与噪声频率相关）	纹波较大，一般在几十mV到上百mV不等
6	启动速度	在us级	ms级
7	功率密度	低	几瓦到几十瓦每in³

 

    总体而言，开关电源具有高效转换和小巧便携的优点，但成本较高；线性电源则具有输出稳定和较低噪音的优点，但效率较低。选择适用的电源类型应根据具体需求和应用场景进行综合考虑。

 

    本期，我们将重点关注在Buck电路，作为DC-DC变换经典电路，Buck电路有着非常广泛的应用。

 

    在正式介绍Buck电路之前，我们先来做一些背景知识补充，了解下DC/DC电源类型和调制方式，这有助于我们后面能更好的理解和消化Buck电路知识。

 

DC/DC电源类型和调整方式

    DC/DC电源属于直流斩波类型，即按照一定的调制方式，控制功率开关的导通和关断，实现直流电源电压的转换。

    DC/DC电源的常见调制方式有三种：PWM(脉冲宽度调制)方式、PFM(脉冲频率调制)方式、PWM与PFM的混合方式。

 

Buck电路组成及工作原理

    下面我们将以PWM调制，电感L工作在连续导通模式为例给大家介绍下Buck电路（反馈回路及PWM调节电路本次不涉及）：

 

图1

 

    Buck电路又称为降压电路，其基本特征是输出电压低于输入电压。

    经典的Buck电路由开关管Q 、续流二极管VD、功率电感L，输出滤波电容C以及负载R组成，参考图1。

 

图2

 

    当开关管Q驱动为高电平时，开关管导通，二极管处于截止状态，电源Vin流经电感L，电感产生左正右负的反向电动势（反向电动势的大小为Vin-Vo），输出给电容充电及负载供电。

 

图3

 

    当开关管Q驱动为低电平时，开关管关断，电感和电容向负载供电；电感产生右正左负的电动势（大小为Vo），经过续流二极管给负载供电。

下一个开关周期依次重复以上两个过程。

 

    用SIMPLIS软件搭建Buck仿真电路（图4），并进行了仿真分析（图5）。

图4

 

、

图5

 

    根据图5，我们可以看到SW占空比，电感纹波电流及输出电压（仿真也可以基于Pspice ，Saber，PSIM）。以上电路不含反馈回路，反馈回路会在后面章节讲。（目前该电路不能自适应输入电压调节输出）

 

下面普及一下电感、电容的小知识

    电感电流的变化率等于电压：V=L*di/dt，其中，V表示电压，L表示电感，di/dt表示电流变化率，即单位时间内电流的变化情况。

V= L*△I /△T;

V* △T= L*△I；

 

电感的电流变化率等于电感的电压。

 

电容：

I=dq/dt=C(du/dt) ，

q =C*u

 

电量对时间的微分等于电流；电容与电压乘积对时间的微分也等于电容的电流。

 

以上知识来自于大学教材《电路》的相关内容。

 

    第一期的内容到此为止，欢迎对本期内容有疑问的网友跟帖提出，我们将会跟进并找工程师来给大家解决，也欢迎大家来跟帖说明对于buck电路，你们还有哪些具体的想要了解的点，以便我们后续可以在活动推进中加上对应内容。

 

最后，来预告下：

 

下一期我们来学习一下基本Buck电路的电感，电容，及续流二极管的参数的计算。

 

参考书籍：

《电力电子技术》王兆安，黄俊(第4版)，机械工业出版社

《精通开关电源设计》第2版，人民邮电出版社

 

 

 

 

写在最后

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    一起学电源，到底学些什么？

 

    我们的初衷不变：想带着大家来学习电源知识；帮助想要学习电源的网友，使其掌握一定的电源设计技能。

 

    那么到底要开展怎样的活动怎么学就成了咱们EEWorld开展活动的第一个难题。经过多方的讨论沟通，最后我们确定下来，从电源基础开始，从一个小小的知识点一点点开啃，先讲原理，讲计算，讲选型等储备理论知识，再加上测评，拆解，DIY等形式的动手巩固，把某一块知识点弄明白，再继续攻克下一个知识点的方式来开始我们的“电源学习之旅”。

 

    在学习的过程中，任何人都可以提出针对对应学习知识点的疑问，困惑 , 讨论或更多活动有助于大家更好理解，吃透知识的活动建议； 也欢迎各路大侠参与进来，对你们比较熟悉的相关知识进行分享，讲解。

okhxyyo

知识辨一辨

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网络上部分文章中这样介绍buck电路：Buck电路基本特征是输出电压低于输入电压，输入电流为脉冲电流，输出电流为连续的。

 

这个说法是不够严谨的。BUCK 电路输入端加了有滤波电容，所以是不能直接说输入是脉动脉动电流的，要说只能说电感的电流是脉动电流。

 

为防止咱们的读者看了产生误会，特在此跟帖提出。

 

 

eew_TKwwQ7

很生动形象，太赞了

okhxyyo

eew_TKwwQ7 发表于 2023-11-20 14:07 很生动形象，太赞了

也可以跟帖说说你还希望讲解buck的哪些知识点。我们会在活动推进过程中根据大家的反馈补充调整我们的分享内容

lansebuluo

okhxyyo 发表于 2023-11-20 13:32 知识辨一辨 网络上部分文章中这样介绍buck电路：Buck电路基本特征是输出电压低于输入电压，输入电流为 ...

电感电流是不允许突变的，电感的两端电压 U = Omega * I * L，U有最大值，Omega不可能很大，电感电流是连续电流，流经开关管的电流是脉动的，开关管电流就是输入电流吧

lansebuluo

MARK，如何添加关注，下期什么时间，这个是定期更新不？

okhxyyo

lansebuluo 发表于 2023-11-21 21:38 MARK，如何添加关注，下期什么时间，这个是定期更新不？

一到两周更新一期

okhxyyo

lansebuluo 发表于 2023-11-21 21:38 MARK，如何添加关注，下期什么时间，这个是定期更新不？

下周应该会更新第二期

lansebuluo

“测评，拆解，DIY等形式的动手巩固”，这个实践环节很期待，如何参与啊？

cjjh2014

支持。

蓝色天使

lansebuluo 发表于 2023-11-21 21:29 电感电流是不允许突变的，电感的两端电压 U = Omega * I * L，U有最大值，Omega不可能很大，电 ...

你理解非常正确，电感电流不能突变，电容电压不能突变。本讲里面可以这么理解开关管的电流就是输入电流。

y475199448y

第二期还没出来？

okhxyyo

y475199448y 发表于 2024-1-14 17:21 第二期还没出来？

已经出到第四期了。buck讲完了已经。 

okhxyyo

y475199448y 发表于 2024-1-14 17:21 第二期还没出来？

目前活动进展：

#一起学电源#第四讲：buck电路非连续导通模式下的参数计算 https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1268767-1-1.html

#一起学电源#第三讲：BUCK电路中的反馈回路  https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1268572-1-1.html

#一起学电源#第二讲：BUCK电路占空比计算公式推导 https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1264950-1-1.html

#一起学电源#第一讲：buck电路简介 https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1263900-1-1.html

天天1

到现在为止是总共出了4讲吗？

soso

天天1 发表于 2024-3-13 21:09 到现在为止是总共出了4讲吗？

对，出了四讲，但是感觉大家的兴趣度不高呀：）是觉得太难了？还是太基础了？还是？？？大家也说说呗

天天1

soso 发表于 2024-3-18 17:55 对，出了四讲，但是感觉大家的兴趣度不高呀：）是觉得太难了？还是太基础了？还是？？？大家也说说呗

确实有点基础，感觉大多数人可能需要的是偏应用的，怎么设计一个开关电源，有哪些指标，做完以后进行哪些功能和性能测试。

振动试验仪器

好贴，多学习了。