同步buck电路

下面图一是一个典型的降压电路，D1是续流二极管，当D1导通的时候，D1的正向压降是比较大的，如果输出是5V或者是3.3V的电压，那么对于D1上面占整个输出的压降是非常的明显，看二极管的规格书可以知道，如果需要把Vf值降低一倍，那么电流需要比原理的值小8-10倍，那么用二极管来整流的Vf引起的损耗是不可以避免的，为了解决Vf而引起的损耗，那么想到了用MOS管来替他二极管，因为当mos管导通的时候，压降就是电流乘导通内阻，一般MOS的内阻都非常的小，所以很多要求效率高，输出电压比较低电流比较大的电源，大部分都用同步整流来实现，那么对于图一用的二极管来续流的电路就叫异步整流，如果用MOS管来替代二极管的电路就加同步整流。

下面的图二是同步整流，续流二极管是被Qs给短路了，工作的原理是当Q1导通的时候，Qs关闭，这个时候输入电压是给电感储存能量，当Q1关断的时候，如果没有Qs，或者是Qs没有打开的时候，D1导通，如果Qs导通，那么就是短接了D1，因此Q1与Qs是不能同时导通的，如果同时导通了，会导致直通使输入源或者是输入电容Cin短路，这一定需要防止的。既然不能同时导通，那么Q1与Q2的导通需要有一个死区时间，这几是同步整流不能像二极管一样mos管关断，二极管被动导通，二极管是一个被动器件而mos管是一个主动器件，这就是同步整流需要有死区时间的原因。

下面需要注意的就是Qs的接法不能接反，因为MOS管体内是有体二极管的，如果接反了会导致直通，既然用MOS管来替代了D1，为什么还需要接D1了，这里是当Q1关断的时候，需要有一个死区时间，在这死区时间里面如果没有D1钳位，那么Qs的体内二极管会导通，但是Qs的体内二极管一般都是普通的二极管，正向压降比较大，导致损耗增加，还有在关断Qs的时候，Q1是还没有导通的，在死区时间里面体二极管会导通，而体二极管的反向恢复特性是比肖特基差的，所以保留D1肖特基二极管，当Q1关断，Qs没有导通的时候，D1会导通，D1的压降是比Qs的体二极管压降小很多，并且反向恢复特性非常的好，可以提高效率。但是D1是并在MOS管外面的，如果Layout的时候D1与Qs相差比较远的话，PCB线长可能有寄生电感，在高频下寄生电感表现出非常大的阻抗，这就会导致损耗增加，我们希望Layout的过程中D1尽量靠近Qs，最好是与Qs同一个芯片，这样最大限度的降低ESL，既然要减小MOS管与肖特基二极的距离，如果把MOS管的体二极管做出了肖特基的或者是把肖特基二极管集成到MOS管里面，这样一来减少了PCB的占地面积，减小电源的整体体积。同时解决了因ESL引起的问题，所以现在有很多的MOS管的体二极管的压降是非常低，可以直接应用于同步整流，不需要去单独并联二极管，如图三所以

同步buck电路里面Q1与Qs的驱动是不能有共通的，所以加有死区时间，形成了互补型同步Buck，对于这样的Buck电路工作在CCM模式是没有什么问题的，但是如果Buck工作在DCM的时候，同步Buck的效率可能就要比异步Buck的效率低，这是为什么了？我们看下面的波形。

我们看在连续模式的时候，当下管关断的时候，电感上还是有电流，同步Buck关断与异步Buck关断时差不多，同步Buck的导通的损耗是要小的，但是如果是工作在断续的模式，当电感电流为0的时候，异步Buck的二极管会实现了零电流关断，就没有反向恢复的问题，而同步Buck就不一样了，因为电感电流为0的时候，mos管的驱动还是有的，所以mos的电流会由D流向S，这样电感电流也是反向流，使得输出的电容通过电感与下管mos管放电，这样一来损耗增加，当下管关断的时候，MOS管有一个关断损耗，又因为有死区时间的存在，那么电感上的电流是不能突变，所以电感电流继续流向了上管的二极管，当上管打开的时候实现了零电压开通，但是buck的上管的压一般不是很大，对于效率的影响不是很大，从上面分析来说，越是轻载说明同步buck的效率越低。

均流电路讲解

首先我来了解为什么要有均流电路，设计电源时都是有要求输出电流范围与输出电压，功率一般是给定的，但是不同应用场合对于功率的要求是不同的，如大型的通讯系统电源可能需要几百个千瓦，如果我设计成一个电源，所应用的器件的应力都非常大，为了减小器件的应力，可以采样分布式的办法有就是多个电源并联来做，比如10个10KW的电源就可以做到了100KW。做10KW电源要比100KW要容易的多。所以就需要应用到并联，电压源并联就需要均流技术，大家想为什么需要均流，比如我们都是5v输出的电源直接并起来不就好了吗，理论是可以的，但是我们实际中的开关电源总是有误差范围的，比如5V电源可能是5.01V也可能是4.99V，这都是在我们的允许范围之内的。如果是一个5.V的与5.01V电源并联，可能导致的5.01V的电源输出带载过功率，而5V的电源输出在轻载，这是我们所不想看到的，我们希望是两个电源带载是一样才是最好的，为什么会出现一个过载一个是轻载了，这是因为我们的开关电源是有反馈系统的，当两个电源并联的时候，5V的与5.01V直接并联在一起，我们看下面的图，

当电源模块1与电源模块2输出相同然后并联接到负载RL上面的时候，因为有线阻R1与R2，如果线阻不一样导致的输出电流也会不一样，如果是R1与R2的电阻相同，而Vo1小于Vo2，有可能会导致Vo1一直是空载。两个电源模块电压不一样的原因有可能是Vr1与Vr2两个参考电压的误差导致，如果是这两个参考电压导致的输出电压不样的时候，当并联的时候，输出电压小的模块的输出电压被强制钳位到了负载上面的电压，只有当负载上面Vo2-I2*R2电压小于Vo1的时候，模块1才会有电流流向负载。

那采样什么样的办法才能让电源模块均流，如果我们想一办法让模块2的输出电压变低，

或者是让模块1的电压变高是不是就可以实现了模块2少带载，模块1多带载。

于是就有了下面的4种均方法。

一：输出阻抗法

如图2所示当一个模块电流比较大时候，经过电流环放大后与电压环的Vf脚进行叠加，原来输出电压高的模块因为带载重，输出电流大，电流环的输出电压变大，导致Vf脚电压变高，因为我们的电源是负反馈，所以经过整个系统调节后实现了输出电压变低，这就是输出阻抗放，电路简单，但是输出电流大了，电压就下降导致输出电压的精度变差。

二：主从设置法：

主从设置法就是人为设置一个主模块，所有模块以该模块为参考，输出电流，一个主从设置均流法的工作示意图三

从上图可以看出，在这种工作方式就是用多个电源模块单元并联在一起，其中一个电源模块工作在电压源方式，这一个电源为主模块，其余从模块单元工作于电流源方式。实际上是由电压环（外环）和电流环（内环）构成电流控制型的双环控制，或说成是电压控制的电流源。这种均流方式主模块是我们设计过程中指定的，如果工作过程中主模块发生问题，那么整套系统将瘫痪。

三：平均电流法：

平均电流法首先要得到一个平均电流值，也就是总负载电流除以模块总数得到的电流值，各模块电流与该平均电流比较，如果模块电流大于平均电流就调低模块输出电压，反之调高模块输出电压，从而实现各模块输出电流一致。在平均电流法中，将所有模块的输出电流，通过一个电阻接到一起，就可以得到所有模块输出电流的平均值，这个点我们称之为均流母线，如果模块电源小于输出的时候均流母线电压的时候，通过误差放电器放大后，与参考电压叠加后，把输出电压抬高，让输出电流变大。

四：峰值电流法

这是一种自动设定主模块与从模块的方法，即在n模块并联的时候输出最大的电流模块将自动成为主模块，而其余模块为从模块，那么电压的模块会的电流依次被调整，以校正负载电流的不均匀，

这种方法又被叫成自动主从法，那实现的方法是我们把均流的母线电阻变成了二极管，这样输出电流最的大一个模块就会变成了主模块，其他模块都向主模块靠拢。

加谐波补偿的原因你真的弄懂了吗

我们在做反激的电源的时候占空比都是在0.5一下，可以说是每一个做反激的工程师达成的共识了，但是对于为什么D＜0.5，可能大部分工程师都不清楚，一个笼统的说法是会引起次谐振荡，需要加谐波补偿，但是其具体原因究竟是什么了，

首先我们市面上面大部分的反激芯片的控制方式都是电流型的，这样做的好处是可以逐周期控制整个电源，过功率或是过流的时候能很好的保护整个电源系统。

那么对与一个电流型的芯片控制是一个什么样的了，看下面的图，它有电压环做外环，电流环做内环控制，电压环是通过输出电压与参考电压进行比较后经过误差放电器然后在与变压器的电流进行比较，这就是电流型的控制芯片。

因为是电流型的控制方式，那么当限流电阻上面的电压超过了Vcom电压的时候，MOS管关断，整个电源都是工作在稳定状态的时候，输入电压与输出电压不变，那么变压器上面的电流上升斜率与下降斜率都是一样，为此当整个电源工作在DCM模式的时候，如果限流电阻上面出现了扰动电流的时候，DCM的会提前出现关断，下一个周期还是会从原来的电流位置开始。

按照下一个周期又是从零开始的原则，如果扰动持续在，那么整个系统会去调控占空比来实现整个系统的平衡，这样看来DCM是不会出现次谐波振荡的。

下面我来看CCM模式

首先来看占空比小于0.5的时候的波形，看下面的图，变压器上面的电流上升斜率有下降斜率不变，当扰动波形出现的时候，再瞬态的时候，Vcom的电压是不变的，随时间的推移，扰动的量是越来越小，

从上面的波形来看的话，整个系统是收敛的。

接下来我们看下连续模式下面占空比大于0.5的时候出现一个什么样的现象，

看下面的图，随时间的推移，整个扰动出现了放大的，并没像我们的小于0.5的时候一样整个系统收敛的，而是出现了放大的状态，为此出现了整个系统会出大小波，也就是我们常说的次谐振荡，这也是为什么我们的反激大部分占空比设计到了0.5以下，

根据上面的的几个波形，次谐振荡出现的条件可以总结为一下几点：

1、必须是电流型的控制芯片，

2、工作在是连续模式下面

3、占空比一定要大于0.5的时候

以上三个条件缺一个都不会出现次谐振荡，如果出现了磁芯振荡的时候，可以通过加谐波补偿来消除次谐振荡。

Buck电路讲解

降压电路在电子产品里面应为的非常的多，降压就是把一个高的电压变成一个我们可以用的低电压。能实现这种降压的电路有很多种，其中就有线性的电源，如果输入与输出相差不大也可以直接用三端实现，但是如果是功率比较大，效率就非常的低，为了解决效率高的问题，对于功率比较大的都用开关电源，对开关电源的降压电路就是下面的电路了，

开关电源降压就是通过控制MOS管的开与关实现的，那么对应MOS开通的时候二极管相当于断开，MOS管饱和导通，那么MOS管上面有一个Rds-on串联在整个回路里面，那电感上面的电压就是VL=Vin-Vo-VRds-on 因为Rds-on的电阻都比较小，所以我们可以忽略

电感两端加上电压后，电感电流线性上升.MOS管开通的的时间是Ton=D×T ，T是开通周期，

当开关管开通到一定时间后，MOS管需要关断，如果一直开通的Vo一定会等于Vin，这就没有实现降压的效果，当MOS管关断的时候，电感电压会反向，电流开始下降，那么这个回路是二极管导通，就像下面的图一样。

在MOS管开通的时为on，MOS管关断的时候为off，我们既然知道了电感的平均电流等于Io，我们只有设定好纹波电流就可以计算出来电感量。下面是计算公式

Buckboost电路讲解

当输入电压高与输出电的时候，用一个buck电路来实现，控制开关管的开通时间就可以说实现了想要的输出电压了。但是Buck电路一定要是输入大于输出的电压，也就是指输入电压变化范围内电压一直要大于输出电压才可以。

如果输出电压比输入电压高的时候，就会用到下面的升压电路了，可以把输入低压升高到想要的电压。升压电压电路也是一样，是要输出电压在整个输入电压变化范围内都要高与输入电压，如果输入电压高与输出的会导致输入与输出直通了。

Buck是要求输入电压大于输出电压，Boost是要求输出电压大于输入电压，如果有一个输出电压在输入电压的变化范围内，也就是说有一部分是输出电压大于输入电压，有一部分是输出电压低于输入电压，还会有等于输入电压的时候，当出现这种现象的时候，我们不能用buck也不能用boost电路，两个电路都有一部分不能实现，当然可以用两个并联去做，当输入电压低的时候用升压，当输入电压高的时候用Buck电路，也可以实现，但是这个控制太难把握了，当输入相等的时候，如果出现一定扰动就很难去控制了，但是我们串联起来用会怎么样了，下面我看下把buck与boost串联起来应用的图。

上面的图能实现升降压的功能，就是先把输入电压降下来然后在去升压，控制方式就是控制两个MOS管同时开通与关断就可以实现了，因为当Q1开通的时候，输出电压与输入的关系是，当占空比的变小输出电压变小，占空比变大的时候输入电压变大，而Q2是开通是升压，对于升压的输入电压就是buck的输出电压了，升压电路的输出电压与输入电压关系就是，从公式中我们看的出当输入电压不变，占空比变大的时候，输出电压变大，当占空比变小的时候，输出电压变小，

与buck电路是一样的单调性，这样我们就可以控制两个开关管同时开与同时关，就能实现升降的功能了。但是我们看图上的元器件比较多，是不是可以减少些，我们知道升压电路的输入可以是一个变化的电压，既然可以是变化的电压，那能不能把C1去除，其实是可以的，因为buck电路里面只有电感足够的大可以不用加C1电容，只是纹波电压大点，但是后面还有L2与C2滤波，所以没有关系。

当去除电容C1的时候，L1与L2就是串联了，所以L1与L2可以合并成一个。变成了下面的电路

我们首先来看下开通的回路是Vin→Q1→L→Q2在回到了电源的负，整个回路与输出没有关系。

当开关管关断的时候的电流回路是L→D2→负载→D1，当D1导通的时候电感的一端被钳位到了输出的地了（忽略了二极管压降）。整个回路与输入是没有关系。

从上面的图上看到啊，当MOS管关断的时候，因为有MOS管Q1，所以不管输入大于输出，都不会有输入电压参与输出的回路，而且当MOS管关断的时候，二极管D1导通了，等于电感被钳位到了地上面，根据上面的图，如果我想要在减少元器件的话，可以让开通的回路与关断的回路不再共地就可以了。

如下图所示，这样只是输出与输入的的正负极反了下，这就实现了与我们的降压电路或是升压电路一样的元器件。只有一个开关管，一个二极管，一个存能电感。