【硬件设计】DC-DC之降压(BUCK)电路
文章目录
- 1. BUCK电路基础
- 1.1 BUCK电路物理基础
- 1.2 BUCK电路工作原理
- 1.3 BUCK电路应用场景和特点
- 2. 驱动芯片IR2109
- 2.1 IR2109芯片简介
- 2.2 IR2109芯片的功能特点
- 2.3 IR2109芯片的引脚介绍
- 2.4 IR2109芯片的工作原理
- 3. 基于IR2109驱动芯片的BUCK电路
- 3.1 电路组成
- 3.2 输入滤波电路
- 3.3 驱动电路
- 3.4 降压电路
- 4. 总结
电路原理图和PCB提取方式（立创EDA文件）：
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1. BUCK电路基础
1.1 BUCK电路物理基础
BUCK电路是一种基于电感储能原理的DC-DC变换器，其涉及到物理中的电磁感应和电能转换的基本原理。在BUCK电路中，通过控制输入占空比可变的PWM波切换开关管的导通和断开状态，将输入电源提供的直流电压转换为可调的低电压输出，从而满足不同电路的供电需求。
具体来说，BUCK电路中的电感在导通状态下，将电流通过电感中心核心的磁场转化为磁能，并将磁能存储在电感中。而在断开状态下，由于电感的自感作用，磁场会产生电压，将电磁能转化为电能，并通过输出端向负载供电。因此，通过控制开关管的导通和断开状态，实现了电能在电容和电感之间的周期性转换和调节，最终输出稳定的直流电压。
此外，BUCK电路中的电容起到平滑输出电压的作用，通过在开关管导通状态下储存电能，在断开状态下释放电能，平滑输出电压波动。同时，为了确保稳定输出电压，BUCK电路通常采用负反馈控制，通过对输出电压进行采样，反馈给微控制器，然后微控制器调节输出的PWM波的占空比，控制开关管的导通时间和断开时间，使得输出电压保持在预定范围内。
1.2 BUCK电路工作原理
BUCK电路的基本拓扑如下：
BUCK电路的工作原理可以分为四个阶段：
- 导通阶段：当开关管导通时，电感储存电能，电容充电。
- 关断阶段：当开关管关闭时，电感和电容之间的能量被传递到负载上，此时电感中的电流仍然存在，它会继续流向负载。
- 自由轮振荡阶段：在电感电流流向负载后，开关管关闭，此时电感中的电流无法立即消失，因此电感中的能量会反向传回开关管，驱动二极管导通，这个过程称为自由轮振荡。
- 重复阶段：上述三个阶段重复进行，控制开关管导通的占空比可以通过PWM控制器调整，从而实现输出电压的稳定调节。
BUCK电路输入电压与输出电压的数学关系式：
Vout = Vin x D
其中，Vout为输出电压，Vin为输入电压，D为开关管的占空比，即PWM波的高电平时间与周期之比。
如果考虑到开关管的导通损耗和电感、电容等元件的等效电阻，还需要引入一个效率因子η，得到如下的修正关系式：
Vout = Vin x D x η
其中，η为效率因子，通常在0.8到0.95之间。
需要注意的是，BUCK电路的输出电压通常不能高于输入电压，因为其基本工作原理是通过降压转换实现稳定的输出电压。因此，如果需要得到更高的输出电压，需要使用升压(BOOST)电路或者其他升压转换电路。
1.3 BUCK电路应用场景和特点
BUCK电路作为一种常见的降压电路，在电源领域有着广泛的应用。其主要应用场景包括：
- 电子设备稳压电源：BUCK电路能够将高电压转换为低电压，从而为电子设备提供稳定的电源。例如，计算机主板、笔记本电脑、手机充电器等设备都会采用BUCK电路作为稳压电源。
- 能量回收系统：在某些场景下