TL431构成的自激式Buck变换器

　　引言

　　降压型变换器在电子设备中有着广泛的应用，是现代电力电子系统的核心部分，它的运行状态直接影响整个电力电子系统的工作性能。采用线性稳压器通过降压必然会出现电源功率转换效率过低的问题，降压变换器（BuCk）又称串联开关稳压器或开关型降压稳压器，既能提供所需的低压电源、恒定的电流，又能有较高的转换效率。

　　1、Buck变换器概述

　　Buck变换器也称降压型变换器。如图1所示Buck变换器的模型电路，开关管VT受PWM控制。VT导通时（设导通压降为零），加在电感L上的电压为（Vi−V0），由于电感上的电压恒定，所以电感的电流线性上升，其斜率为dIL/dt=（VI−V）/L，这使电感的电流IL为有阶梯的斜坡，见图2（a）IL线性上升区段。此时，电感电压左正右负，二极管VD因承受反压而截止，电源给电容C0充电及给负载供电。

　　VT关断开时，由于电感电流不能突变，电压反转左负右正，VD导通，将电感L左端的电压箝位于比地低一个二极管导通压降（约1V）。此时，先前流过VT的电流现在转移到流向VD，见图2（a）线性下降区段，其斜率为dIL/dt=（Vo+1）/L，电感电流线性下降，电容C0放电及给负载供电。

　　如图2所示Buck变换器的工作波形。图2（a）中，当开关管VT和二极管VD分别关断时，VT的Vce、VD承受的反向电压Vrd均为Vi。ton期间，电感L由电压（Vi−V0）励磁、储存能量，磁通量增加；toff期间，输出电压V0与开关导通时方向相反加到电感L上消磁、释放能量，磁通量减少。根据“伏•秒相等原则”，则有如下等式成立。

　　（VI-VO）×ton=VO×tOFF

　　考虑到toff=T-ton，上式可以转化为

　　V0=ton*Vi/T=D*Vi（1）

　　（a）CCM工作模式（b）DCM工作模式图

　　2、Buck变换器的电压波形

　　由于整个周期中电感电流IL始终没有降到零，这种工作模式称为CCM模式。在此状态下，如果把电感的电感量减小或负载减轻，减到一定条件下会出现图2（b）所示电感电流降到零的DCM模式。