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开关电流与输入输出电流关系-2

发布日期:2022-10-19 浏览次数:771

引言 

  上一次我们讨论了 BOOST 结构的开关电流与输入、输出电流的关系,这次我们来分析一下 BUCK 结构开关电流与输 出电流的关系。 


BUCK 结构的工作原理及波形 

  BUCK 结构简单原理图见图 1,工作时各点的电压电流波形见图 2。


image.pngimage.png

  不考虑上电时的情形,仅考虑稳定工作时,情况如下: 

  当开关管 Q 导通时,SW 点通过开关管接到 VIN 上,故 SW 点电压等于 VIN,此时 VIN 给电感充电,

电流逐渐上升; 开关管与电感串联,开关管上电流与电感相同;此时肖特基二极管反偏,反肖特基二极管的电流等于 0。 

  当开关管 Q 关断时,由于电感电流不能突变,电感电压变为左低右高,肖特基二极管钳位电感 L 左端电压,同时与电 

感形成续流回路。如果忽略肖特基二极管的压降,则 SW 点电压等于 0V。由于电感的放电,电感的电流逐渐下降,同时, 

肖特基二极管与电感是串联在一起,故此时肖特基二极管的电流等于电感的电流。


开关电流与输入、输出电流的关系

  通过上面的分析,我们可以看到,对于 BUCK 电路,电感始终串联在输出回路里,电感的平均电流即为输出电流。同 时,结合上面的分析,电感的最大电流与开关管的最大电流相等。 

  也就是说,对于 BUCK 电路,开关电流与输出电流直接相关。 

  由于电感上电流有一定的纹波(而纹波的大小与电感量有关),故输出电流一定是小于最大开关限流点。

下式给出了电 感上纹波电流峰-峰值与电感之间的关系。

image.png

式中,FSW 为芯片的开关频率,ΔI 为电感纹波电流的峰-峰值。从上式可知电感的最大电流为: 

 ILmax = IOUT +ΔI /2 > IOUT 

另外实际使用时,需要留有一定的余量,即 ISW ≥ ILmax 

所以,开关限流点 ISW 大于输出电流 IOUT。由于是降压方案,输出电压小于输入电压,所以输出电流大于输入电流。 

综上:实际应用中开关电流(ISW)大于输出电流(IOUT),输出电流(IOUT)大于输输入电流(IIN)。 


注意事项: 

  通过开关电流限值,我们可以估算出系统的最大输出电流,但这只代表着此芯片可以输出这么大的电流,在实际使用中, 

应充分考虑发热等因素来决定系统持续输出电流能力!


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