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buck电路为什么占空比越大,效率越高?

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shiqiangh1988
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高级工程师
  • 2010-9-18 14:40:35
10问答币
buck电路为什么占空比越大,效率越高?
laoyang
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副总工程师
  • 2010-9-18 16:21:58
 
我想是跟它的峰值电流有关。
shiqiangh1988
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高级工程师
  • 2010-9-18 16:29:33
 
如果输出恒压恒负载的话,那么占空比越大,IGBT流过的峰值电流越小吗?
hsym_101584
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高级工程师
  • 2010-9-18 16:46:06
 
占空比越大,电流上升斜坡越缓,峰值电流越小
liweikang822
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高级工程师
  • 2013-10-31 20:14:39
 
liweikang822
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高级工程师
  • 2013-10-31 20:15:16
 
为什么 占空比上升 电流上升斜率下降呢
long223349
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高级工程师
  • 2014-11-2 19:03:25
 
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long223349
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高级工程师
  • 2014-11-2 22:37:35
 
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残荷听雨
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本网技工
  • 2017-5-16 22:52:24
  • 倒数9
 
Vin×Ton=Vo×T
占比D=Vo/Vin或Vo=D×Vin
而Vin-Vo=L×di/dt
电流的上升斜率=di/dt=Vin(1-D)/L
因此在电感L不变的前提下,占比上升,电流的上升斜率下降
不知道我理解得对不对,小白理解仅供参考。

honglongbao
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高级工程师
  • 2018-9-15 08:17:40
  • 倒数5
 
你这个公式不对吧    应该是    VIN*TON=VOR*TOFF     
残荷听雨
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本网技工
  • 2021-11-16 13:56:00
  • 倒数3
 
应该是没有问题吧。对于CCM模式BUCK,电感上面应满足伏秒平衡关系。VON*TON=VOFF*TOFF
VON=Vin-Vo
VOFF=Vo
TOFF=T-TON
因此(Vin-Vo)*TON=Vo*(T-TON)
Vin*TON-Vo*TON=Vo*T-Vo*TON
Vin*TON=Vo*T
其中
Vin为输入电压
TON为开通时间
Vo为输出电压
T为一个周期时间
allen-leon
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版主
  • 2010-9-18 21:31:00
 
我在照明区那边发了个类似的主题。。。duty vs efficiency
vieger
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  • 2010-9-19 13:43:12
 
应该是开关损耗减小的原因。
因为占空比大,代表输入电压低了,那么D,S电压也就低了,开关损耗就小了。
天空
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  • 2010-9-19 13:45:47
 
好多BUCK的占空比都能达到100%吧
vieger
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副总工程师
  • 2010-9-20 09:34:48
 
占空比达到100%,效率肯定高,达到100%时,也不能叫buck了
zkybuaa
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副总工程师
  • 2010-9-20 09:39:07
 
应该是在电压刚刚起稳,占空比刚要收缩时的时刻,效率最高~
blueskyy
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总工程师
  • 2010-9-20 16:21:00
 
为啥这样说?
blueskyy
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  • 2010-12-16 17:16:41
 
等得花儿都谢了~
ruoshui136
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总工程师
  • 2011-6-3 17:26:46
 
占空比要到了100%,那还叫开关电源么?那应该叫线性稳压电源。
天堂里的混混
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高级工程师
  • 2010-12-4 18:06:21
 
那当然,没有开关损耗,没有续流管损耗!
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-4 18:14:26
 
不能这样说吧,
续流管还有导通损耗
HolyFaith
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  • 2010-12-4 18:16:38
 
续流管不仅有导通损耗,还有交越损耗的吧,呵呵~
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-4 18:19:25
 
用上新名词了
HolyFaith
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副总工程师
  • 2010-12-4 18:22:28
 
呵呵,是跟兄台你学的哦~
http://www.21dianyuan.com/bbs/26677.html
在这个帖子里,我说是交流损耗,你定义是交越损耗。
其实是一个意思吧~
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-4 18:35:23
 
呵呵,真的,用交越损耗或者开关损耗的说法占绝大多数。
统一说法比较好,能消除误解。
HolyFaith
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副总工程师
  • 2010-12-4 18:39:12
 
呵呵,我这不就是采用你那种定义了吗?结果还被你说城成新名词。
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-4 18:45:38
 
因为这个概念对你来说是”新“的呀,故,曰新名词。
HolyFaith
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副总工程师
  • 2010-12-4 19:22:33
 
呵呵,原来这样的啊。其实也不新了,以前也听说过。
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-4 20:45:47
 
晕,揣着明白装糊涂,为了啥呢?
HolyFaith
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副总工程师
  • 2010-12-6 21:22:44
 
别人说的我得想想是不是,但是老兄要是说是了,我觉得肯定错不了。
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-6 22:05:28
 
太抬举我了,汗颜。
玉兔昇
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高级工程师
  • 2012-2-5 18:51:51
 
聪明难,糊涂难,由聪明变糊涂更难,难得糊涂。
可是,这个话题我还是不明白。一会儿清楚一会儿糊涂,还得再想想。
shiyan1532
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高级工程师
  • 2012-12-24 17:54:51
 
霸气侧漏啊
ruoshui136
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总工程师
  • 2010-12-16 17:14:04
 
不叫BUCK叫什么呢?难道是linear?貌似不对头啊!
hanmazejiu
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本网技师
  • 2015-2-14 00:37:20
 
占空比应该是0.05-0.95(以此为例)和1两种选择范围内的值,0.95-1之间管子关不断电流,也就没有发这样占空比的必要了。100%的占空比发下去的话,动态性会变差,所以要限幅吧
simon1234
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高级工程师
  • 2010-12-4 21:14:56
 
从物理意义上说,占空比越大电源向负载传输的能量就会越多  所以这样直观的从能量角度想的话效率是会变大的。。。
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-4 21:18:15
 
比较Rds和整流管Diod内阻,不难找到原因。
ruoshui136
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总工程师
  • 2010-12-6 22:19:21
 
留脚印,留待明天继续看
shiqiangh1988
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高级工程师
  • 2010-12-8 22:03:30
 
有道理。。
jzlpower
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高级工程师
  • 2014-4-28 14:24:07
 
厉害,一语惊醒梦中人啊
WXdy
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本网技师
  • 2010-12-9 15:33:48
 
降压电路VOUT=Din*D;占空比越大,降压越小,消耗在RDS和RL上的功率越少
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-9 18:34:52
 
如果保持Vout不变,让Vin和D两者变化,该有什么结论呢?呵呵
WXdy
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本网技师
  • 2010-12-10 09:58:55
 
VIN升高效率降低,占空比减小,前提是工作在稳定状态
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-10 10:09:06
 
这个说法和楼主的说法一样。只不过变成 “占空比减小,效率低”
说说你的理由。满足你的前提:稳定状态。
WXdy
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本网技师
  • 2010-12-10 10:11:48
 
把BUCK理想模型转化成开和关的两的实际模型就很明显了啊
blueskyy
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总工程师
  • 2010-12-10 10:16:51
 
我想提出这个问题的人,一定也比较过BUCK 开和关两个实际模型。
如果愿意的话,请给出数学上的说明,这更有说服力点。
陈永真
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版主
  • 2010-12-9 20:00:34
 
结论肯定是对的。
这是因为在开关管导通期间,输入电源直接向输出提供电能,其中多余的电能存储在输出电感中。占空比越大输入电源箱输出直接提供电能的时间比例越大。对于输出而言,这个过程不需要电磁能量的转换有多少都是百捡的,而开关管关断期间输出需要输出电感由此储能转换为电能的过程,这个过程电感是由损耗的,因此这个过程的比例越大,输出电感吃回扣的机会越多,回扣吃得也越多,相对效率将下降越多。如果占空比为100%,有可能效率达到99%。电感没有吃回扣的机会了。
当然还有其它提高效率的因素,网友们都说得很好,我重复的意义不大,在此仅说一下电感电磁能量小转换过程的损耗问题,这是我给研究生上课要讲的内容,因此看到这个题目非常兴奋。
hechaocao
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助理工程师
  • 2010-12-11 21:30:40
 
陈老师讲的好!学习了........
hznx123
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高级工程师
  • 2010-12-13 19:55:19
 
说的好!
SKYQD
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高级工程师
  • 2010-12-16 17:29:02
 
陈老师讲的通俗易懂,学习了
决战
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LV8
副总工程师
  • 2010-12-27 09:55:54
 
受益匪浅,用通俗的话讲理论的人都是大师。。。
aqgsh615
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LV3
助理工程师
  • 2011-1-11 10:00:21
 
理解很透彻,受教了
nanji
  • nanji
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LV6
高级工程师
  • 2011-4-12 17:14:26
 
我觉得你说的电感不确切,电感是不耗能的,即使有等效电阻,那么即使你占空比100%,电感依然需要通道,依然需要消耗一小部分的能量。我觉得更主要的原因在于开关管断开后,由二极管来续流,二极管的导通损耗也是相当的一部分,如果你电流比较大,这个二极管相当于一个几十瓦的灯泡啊。如果占空比到90%,那么二极管续流的时间也就大大缩短,也就没机会吃回扣。你觉得呢?
cardiopathy
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副总工程师
  • 2011-8-5 08:52:44
 
磁芯有铁损和铜损,占空比100%时,只有铜损,储能是,两损皆有
二极管功耗也是一个方面,当然如果大电流,可以用同步续流,但还是占空比越大,效率越高
jpvnui
  • jpvnui
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高级工程师
  • 2012-8-29 19:27:37
 
磁芯损耗下降了
blueskyy
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总工程师
  • 2012-8-29 19:30:31
 
用尖刻的话搅水
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高级工程师
  • 2014-1-3 10:40:39
 
你的思维是从实际出发,嘿嘿,正确的嘛。但如果是续流管是MOS管,假设它的导通损耗是0,可还是占空比大了效率就高,怎么办啊?
那风
  • 那风
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高级工程师
  • 2011-4-18 21:51:35
 
深入简出,这样的讲解太好了!
轩邈的天空
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本网技师
  • 2011-6-2 08:21:59
 
loong072
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助理工程师
  • 2012-5-6 22:30:25
 
严重同意。占空比越大,电感上损耗的能量越少。
hujiaobeiji
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初级工程师
  • 2015-2-2 17:18:26
 
赞!呵呵
天剑002
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副总工程师
  • 2012-5-13 20:23:34
 
明白了。
jpvnui
  • jpvnui
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高级工程师
  • 2012-8-29 19:25:36
 
又长了知识,谢谢陈老师
jieliu
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本网技师
  • 2013-11-6 17:24:35
 
比喻的很好,就是错别字多了点,另外建议不要作占空比为100%这种违反定律的假设,新手看了会拿去和线性电源对比的。
燕山仇仇
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本网技师
  • 2013-11-15 16:42:47
 
陈老师:您好!我想问一下,对于Buck电路和Boost电路开关管占空比有啥限制,比如说最大或最小占空比一般都限制在什么范围!
gongchangsheng
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副总工程师
  • 2013-11-19 11:39:30
 
陈老师,说的非常好,顶.
杰克0
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本网技师
  • 2014-4-12 13:34:59
 
您还在不在 我有个问题请教一下 我的BUCK电路的PWM输出后经过TIP32就震荡了 就不是PWM怎么回事 后面没有负载 可以吧(我用的TL494)难道与电容大小有关么
qq270453678
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  • 2015-8-28 22:05:19
 
都讲的很好~
mimimi_2
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本网技工
  • 2018-9-8 18:39:31
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占空比越高,不就相当短路了吗?容易烧不是吗?其实我很想知道2.7V最高能升到多少V,buck结构。

ruoshui136
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  • 2018-9-12 08:12:06
  • 倒数7
 
你有问题啊,BUCK是降压电路,怎么可能升压!只能降不能升;BOOST才是升压电路,我试过使用锂电池供电,BOOST升压到12V,稳定使用,资料上说的BOOST的升压比最好不要超过2.
xkw1cn
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  • 2010-12-10 10:29:47
 
同样输入电压和输出电流下,用同一块板做BUCK时;FET的损耗基本是一样的,电感铁耗有所下降;电阻损耗也基本不变。如此;占空比升高后;输出增加;损耗增加分额小的多,效率提高就在情理之中了。
ace2050
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  • 2010-12-12 14:07:30
 
学习了
HolyFaith
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  • 2010-12-28 09:49:59
 
这么说来,就是相当于说重载的时候效率比轻载的时候高了
xkw1cn
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  • 2010-12-28 10:03:31
 
那是一定的!
HolyFaith
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副总工程师
  • 2010-12-28 11:40:15
 
这么说来,那就不只是是楼主说的BUCK了,所有的拓扑都应该是这样的了
xkw1cn
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  • 2010-12-28 12:56:36
 
70%左右负载;一般有最高效率。
blueskyy
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  • 2010-12-28 13:00:32
 
一般效率曲线:低---高---低
形成一个倒立的钟形~
HolyFaith
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  • 2010-12-28 19:04:28
 
那在满载的时候怎么效率反而会降呢,按照上面的分析损耗基本已定,那应该是越来越大啊
vieger
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  • 2010-12-29 16:35:41
 
那是因为铜损的关系吧
greendot
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  • 2010-12-28 17:34:28
 
这个要看损耗与占空比的关系。
假设Vo,Io固定,ΔiL因此不变,当D增大(Vin减小)时,
MOSFET导通:D*Ron*Io^2 , 增加(+)
MOSFET开关: 减小 (-)
Diode导通 :正比于(1-D)*F(Io) ,减小 (-)
Diode反恢复:减小 (-)
电感铜损和铁损:Io(Bdc)和ΔiL(Bac)不变,不变
输出电容:正比于ΔiL^2, 不变

减小的有3项,增加的1项,计算下来,应该是赚了的,呵呵。
HolyFaith
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  • 2010-12-28 19:07:24
 
这样的话,在测试报告上的效率曲线怎么一般是先升高后减低呢?这个是那个做怪呢
YTDFWANGWEI
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  • 2010-12-29 10:31:42
 
我记得应该有个帖子谈到这个问题,大概意思如下:
以变压器为例,我们设计的时候,用到的最大功率并不是他效率最高的点(从性价比最高来说这个也正常)。那么对于这个系统或模块,效率最高点就不是最大输出功率的时候了。如果对于一个10A输出的模块,什么都不改,效率最高可能出现在7A,但我们设计一个7A输出的模块的时候还不会用那么大的变压器、电感之类的呢?答案肯定是不会,如果你还用那么大的变压器及电感,也许100%输出就是效率最高的点了。
天使之光
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  • 2011-4-30 10:27:25
 
兄弟的这个例子实在太形象了,这个是一个重要的原则我觉得
greendot
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专家
  • 2010-12-29 16:34:00
 
上面这个是Vin改变,输出功率Po不变的,效率曲线里,Po是变的,两者不能作比较呢。
天使之光
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  • 2011-4-30 10:24:47
 
greendot老师分析的透彻了,佩服
luyan
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  • 2012-8-29 17:56:35
 
学习了
c58
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  • 2014-1-15 21:18:38
 
"假设Vo,Io固定,ΔiL因此不变,当D增大(Vin减小)时"

大师怎么假设ΔiL不变呢?实际Vin减小ΔiL是减小的。所以电感和电容的损耗也是减小的...

推导:ΔiL=(Vin-Vo)/L * Vo/Vin----Vin越大ΔiL越小
司马仲达
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  • 2015-8-27 16:00:17
 
大家做的BUCK,一般效率能做到多少,能给一下参数参考下吗:
输入电压    输出电压  输出电流  频率   效率
玉兔昇
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高级工程师
  • 2010-12-28 20:58:51
 
buck电路占空比越大,效率越高
这么说来,就是相当于说重载的时候效率比轻载的时候高了

这两句话不是等效的吧?

应该保持功率不变,不同的占空比谁的效率高?
也就是,输入电压降低时,占空比肯定是大。但功率管导通的时间也长;
反之,如果输入电压升高,占空比就减小,功率管导通的时间就短。

如果再假设电感足够大,那么电流就相对比较恒定。楼主的结论就等效于:
输入电压越低,占空比越大,功率管导通时间越长(平均电流大),效率越高
输入电压越高,占空比越小,功率管导通时间越短(平均电流小),效率越低。

这倒有点像另一个主题:我的变压器为何在高压时反而热
他也是高压时电流小,温升却高。
xkw1cn
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  • 2010-12-28 21:43:35
 
这现象;一般说明铁耗占了大部分变压器损耗。需要加些匝数了。
xkw1cn
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  • 2010-12-28 21:44:47
 
反激是BOOST;不是BUCK。
HolyFaith
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  • 2010-12-29 08:31:17
 

反激是BOOST? 我怎么看书上叫BUCK-BOOST?
xkw1cn
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  • 2010-12-29 10:22:45
 
混激就是"BUCK-BOOST"了
HolyFaith
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LV8
副总工程师
  • 2010-12-29 08:35:57
 
谢谢你的回复,你的理解考虑的是输出功率一定的情况下,输入电压不同引起的效率变化。33楼许工解释的是输入电压一样的时候,输出功率不同引起的效率变化。二者的出发点是不一样的。我是接着许工的解释的。
天使之光
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  • 2011-4-30 10:33:25
 
这位兄弟我觉得说的有道理,但是任何一个趋势都是很多不定的因素决定的,每个因素所占的权重是不同的,因为不同元器件的选择会造成很大的差异,占空比变化导致的每部分损耗增减造成的总的效率的升降不是单纯的一个线性关系,是需要具体问题具体分析的,但是每部分损耗和占空比的关系都是很明了的,而总效率或者loss的关系就不那么明了了,所以我的观点是应高针对具体问题,评估整体的效率,然后画出曲线,这样的话就可以看得更明白了
Coming.Lu
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  • 2010-12-29 16:28:50
 
buck 电路,占空比越大,说明输入输出压差就越小。
输入输出压差小,效率自然可以做高。

就类似boost升压时,输入输出压差小也效率高。
blueskyy
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  • 2010-12-29 16:32:07
 
不管拓扑如何:
输入输出压差小,效率自然可以做高
可否作为一般结论呢~
Coming.Lu
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  • 2010-12-29 17:02:58
 
buck, boost, 正激(指变压器次级和实际输出电压比较), 桥式(指变压器次级和实际输出电压比较)
上面这几种拓朴应该都符合这个结论。
小法
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  • 2010-12-29 17:07:41
 
请教下,PSR电路,CCM的效率会比DCM的高,能否解析下???
http://www.21dianyuan.com/bbs/18318.html
Coming.Lu
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  • 2010-12-29 18:22:45
 
PSR就是常见的那种不用光耦初级恒流的电路吧,我见过的好像都是DCM模式的哦。
小法
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副总工程师
  • 2010-12-29 18:41:40
 
恩恩,就是DCM多。。。但有兄弟说CCM的模式比DCM,效率会高点。。。想请教下!
Coming.Lu
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  • 2010-12-29 18:45:48
 
这个倒没去考虑过,不好乱说。
一般小功率反激,DCM模式好像效率还是会好点。
天使之光
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  • 2011-4-30 10:42:38
 
恩,小功率嘛,肯定的,因为小功率的power本身就小,所以如果把mode改成CCM的话把电感就会做大了,电感做大,ripple减小,造成loss增加,主要是core loss,同样的电流winding loss也会增加,但是如果power大些,那么把mode改为CCM后,就合算多了,因为DCM下开关loss和反向恢复loss电感AC loss都会大很多,电感大些,极限的话就是没有core loss 没有AC loss进入CCM
shiqiangh1988
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高级工程师
  • 2011-1-23 17:27:40
 
boost也是吗?boost随占空比增加而电压电流应力增大,效率不是应该有所降低吗?
Coming.Lu
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  • 2011-1-25 17:04:24
 
兄台,看看56楼,我说的是输入输出电压差,不是说的占空比。
天使之光
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  • 2011-4-30 10:36:30
 
变换器相当于蓄水池,输出输入差异电压越大,相当于需要泄洪或者徐水的量就大了嘛,这样就会造成在淤泥中的损失大,相当于运输过程中的自然磨损,就这个意义上,入口和出口的差异越小,这二个过程造成的损失就越小,这个问题是符合自然规律的
jpvnui
  • jpvnui
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高级工程师
  • 2012-8-29 21:15:16
 
淤泥主要是河道不行,磨损也有河水的威力;磁损是磁材不行,大功率u值选低点,铁粉芯的不行、就选铁硅铝,铁硅铝的不行、就选高磁通的,一个磁环不行,咋就多堆叠几个磁环;铜损是导线不行,选电阻率低点的、多用几根线;当然不能劳民伤财,性价比必须能接受。
EeTsang
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高级工程师
  • 2010-12-31 02:04:10
 
峰值和有效值的问题
cdzx11
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总工程师
  • 2011-1-23 18:53:24
 
看见这个帖子的标题,总感觉有什么不对。
刚才突然明白过来:其实说为什么占空比越大,效率越高。不如说输入/输出电压比越小,效率越高。
道理很简单,如果忽略晶体管同态电阻、电感串联电阻,输出电压取决于占空比,与电流无关。实际的电路中,只要效率不是太低,且电路工作于CCM模式,随着电流的变化,占空比只需要做微量调整。——也就是说,占空比取决于输入/输出电压比。
确定了这一点,我们再回头看楼主的问题就很比较简单了。
伟林电源
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  • 2011-1-25 20:49:20
 
简单的说就是变比越小效率越高。
fxacfiko
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初级工程师
  • 2011-4-27 12:33:56
 
正要学习这些东东
wenwens
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LV6
高级工程师
  • 2011-4-28 10:57:49
 
占空比越大会不会造成稳定会不稳定啊,我在实际电源中也遇到过,我记得有的资料说占空比不要大于50%
wenwens
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高级工程师
  • 2011-4-28 11:02:03
 
天使之光
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高级工程师
  • 2011-4-29 00:57:49
 
我觉得要指明一个前提条件,输入电压一定时,占空比越大,输出电压越高,对于同样的输出功率,即高压输出时(占空比大)电流会小,低压输出时(占空比小)电流会大,那么对于同样的输出功率,电流大的场合损耗就大了,主要是因为以下:
1.MOS关断损耗,因为此时输入电压是一样的,关断损耗取决于电流,电流越大,关断损耗越大;
2.电感DC损耗和AC损耗,电感DC损耗有电阻公式知,损耗取决于电阻DCR和电流有效值,显然低压大电流时电感损耗大,另外AC损耗在大电流时由于磁芯core loss(电压差因素)和电流因素winding loss都会增大(AC电流和DC电流都增加的时候,损耗当然增加);
3.续留二极管的损耗,因为电流变大时,二极管压降会变大,另外其流过的电流和时间都变大,但是f不变,那么功耗变大,理所应当;
4.MOS的导通损耗,当占空比变小,那么输出电流变大,此时流过MOSFET的电流RMS就会增加,因为不管是ripple和DC电流平均值都会增加(即电感电流),因此损耗加大;

等等不一而足。

通过限定条件,在一定条件下,才能做出定量的判定,出一定相同的功率的时候。损耗越大,当然入口功率就会越大,效率就会越低,这就是降低占空比导致的,所以低压大电流的效率难做就是这个原因。
cdzx11
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LV10
总工程师
  • 2011-4-29 01:54:56
 
严格的说,这个帖子的标题是个伪命题,这应该是没有问题的——因为这儿不确定的因素太多了,只说占空比是没有意义的。
你说的恒功率输出也是一个不错的说法,虽然你的结论我的不太一样。

低压大电流效率难以提高的最重要因素不是你说的那些问题,而是二极管结压降的问题。
除非采用同步整流,否则低压大电流开关电源的效率是无解的。
天使之光
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LV6
高级工程师
  • 2011-4-30 10:47:26
 
恩,是的,在低压大电流都要用SR提升效率,所以我们在分析效率的损失因素,我们的结论是一致的,其实效率是个很复杂的关系,需要具体问题具体分析我觉得
leon5
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助理工程师
  • 2011-6-1 17:22:46
 

楼主的命题确是伪命题。我来举个例,图为一个典型的同步Buck.上管Ron=150毫欧,下管Ron=50毫欧。的效率曲线。从曲线相交,就可以看出不是占空比大效率就高的。
从图中我们至少看到如下几点:
1):相同输入电压,相同输出电流时,输出电压高(占空比大),效率高。(比较四个图同一颜色的曲线)
原因:因为输出电流一样,所以流过两MOS,电感的电流是一样的,当然有占空比没考虑。损耗可以粗略的认为一样。而输出电压高的负载功率大,损耗占的比重小,效率高。
2):相同输出电压,相同输出电流时,输入电压低,在轻载时,效率高,重载反之。(比较同一图三个不同颜色曲线)
原因:因为输出功率一样,轻载时,开关损耗主导,输入电压高的开关损耗大,效率低。重载时,导通损耗主导,输入电压低的上管导通时间长(占空比大),损耗更大,效率低。
welchman
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初级工程师
  • 2011-6-1 22:00:53
 
总结得非常好。
轩邈的天空
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本网技师
  • 2011-6-2 17:19:51
 
cardiopathy
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副总工程师
  • 2011-8-5 09:05:14
 
上管的电阻150mR 下管50mR
你这么用当然用下管的多时候,MOS损耗更小了
jimmmy1125
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LV8
副总工程师
  • 2011-6-2 20:54:18
 
总结的很好。。
陈永真
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  • 2011-6-2 23:19:42
 
你给出的图还真是输出电压越高,效率越高,也就是占空比越大效率越高!输出电压为5V的效率最高,不是吗!
清云城
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本网技师
  • 2011-8-3 21:29:39
 
留过脚印,明天断续学习
xubx83
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本网技师
  • 2011-8-5 09:00:37
 
果断打上印记
cdzx11
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  • 2011-8-3 22:33:45
 
这些图不怎么说明问题啊!
比如其中Vin=5V的曲线,在小电流的时候效率都是最高的,随着电流的增加,最后变成了最低的了。
jiugegouling
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本网技师
  • 2013-6-1 22:08:39
 
一个字 详细 影响效率的因素比较多 只能说占空比是其中一个主要因素
天涯过客JAY
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本网技工
  • 2017-4-15 09:19:43
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您好,麻烦告知buck的效率曲线如何做出,晚辈不胜感激。
QQ:480714778@qq.com

dog72
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副总工程师
  • 2011-8-4 16:47:07
 
澄清几个基本问题:
1、理想电源,占空比和负载大小无关,只和电压转换比有关。
2、电源的效率,和占空比无直接关系,只和器件的损耗有关。
3、器件的损耗和导通电阻、开关损耗、电感铁损、电容ESR等等非理想器件本身有关。
考虑100%占空比的Buck电路,相当于输入电源通过MOS和电感直接接入负载,损耗就只有MOS和电感的导通电阻,其余什么都没有。无论负载如何变化,这损耗都是线性的,所以最低。
占空比小于100%时,问题就比较复杂了,首先要假定输出功率一样,那么器件损耗如下:
1、MOS的开关损耗与导通电流和电压有关,占空比越大,导通电流越小(功率一定,想不清楚去撞墙)。导通电流小,开关电压一样,损耗就低。
2、MOS的导通损耗和导通电流和导通时间正比,因此不好说,需要计算。
3、续流二极管损耗和导通电流及导通时间正比,占空比大了,导通电流和导通时间都小了,所以效率提高。
4、电感,问题复杂。铜损不用说,电流小了自然小了,电感一直有电流,所以占空比不影响时间问题。铁损,和电感工作点以及电流变化量有关,占空比越小,电流变化量越大,损耗越大。
所以总的来说,占空比越大,Buck的效率越高,100%效率最高。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-4 23:38:12
 
假如输出电压不变,输入电压变化,那么:
1. 电感平均电流不变。如果电感量较大,那么流过MOSFET的电流也基本上不变,你的结理论肯定不还成立吗。
2. 略
3. 楼主并没有规定必须用二极管,如果用同步整流呢?我之所以提出用同步整流器件,是因为可以考虑用两只同样的MOSFET,占空比变化主要影响两只晶体管的功耗分配,总功耗比较好估算。
4. 因为假设输出电压不变,所以电感流过的直流电流是不变的。不过,显然输入、输出电压的比例越大,交流电流也就越大。这种直流电流和交流电流叠加的情况,总功耗是直流损耗和交流损耗之和,所以在这儿显然输入电压越高,铜损越大。

★. 除了电感铜损之外,两只晶体管的导通损耗和铜损是成正比的。我们还可以很容易的推导出另一个结论:电感铁损也会随着输入电压的增加而增加。
中华电源
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版主
  • 2011-8-5 08:13:47
 
我认为同样频率下,做同样的功,占空比大的开关损耗要小,主要是峰值电流小了.就以MOS来说,其开通和关断是其主要的损耗,而同样的上升和下降沿下,峰值电流决定了其损耗的大小.其实包括变压器,电容,整流管都有一定变化,但如果算成平均,应主要体现在MOS上和整流管上.
cardiopathy
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  • 2011-8-5 09:17:53
 
dog72方向是对的
1.电感量较大,你那是理想电感了 从这角度来讲也会有一定的增大,微小的差别,但也是增大
3.同步续流,上面个那实验,5V,12V等输入,下管比上管电阻还小很多,这个结果电流越大时,5V输入的效率更低,这个没有可比性,属于参数未最优化
4.交流损耗还有个趋肤效应,再加上铁损,直流就只有直流电阻
★是对的
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-5 20:03:37
 
我就说一点,其他参见我回复100楼的内容。

趋肤效应和直流成分无关,之和交流成分有关。
当电感电流的交流有效值增加,即使不考虑趋肤效应,在电感的等效电阻上的功耗就会增加。而趋肤效应实际上是导致了电感的交流等效电阻上升,使得功耗非线性增加,增量可以远大于没有趋肤效应的情况。

至于铁损,我前面的帖子已经分析过了。
dog72
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  • 2011-8-5 18:42:42
 
1、电感量不能随意加大,否则输出的动态响应没有了,负载变化跟不上。
3、用同步整流也是一样,占空比越大,下管导通的时间越短,导通时间越短损耗越低。
4、因为假设输出电压不变,所以输入电压越高,占空比就越小,电流就越大,铜损就越高。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-5 19:58:15
 
1、电感量不能随意加大,否则输出的动态响应没有了,负载变化跟不上。
3、用同步整流也是一样,占空比越大,下管导通的时间越短,导通时间越短损耗越低。
或许我的描述方法不太对。我反对的是:但占空比小电流就小,功耗就小。
你别忘了,无论占空比如何,上、下两只晶体管总有一只是导通的,这儿讨论的是效率,两只晶体管的功耗都要考虑进去。
如果输出功率不变,那么平均电流是不会变的。如果不考虑电流的交流成分,那么在输出电压不变,改变输入电压的条件下,你是得不出电流变小的结论的。

我之所以把电路考虑成同步整流,是因为二极管和开关管的特性差异太大,无法直接比较,会把问题变得复杂。

4、因为假设输出电压不变,所以输入电压越高,占空比就越小,电流就越大,铜损就越高。
这儿的结论倒是没有问题·。
不过,我认为或许考虑把电流分解成直流成分和交流成分来分析,物理意义更明确。
比如你所提到过的占空比100%的情况,没有交流成分,线圈损耗最小。
dog72
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  • 2011-8-5 21:53:38
 
呵呵,我说的是占空比越大导通电流越小。
如果用同步整流确实可以忽略二极管上的损耗。
输出功率不变,平均电流不变是没错,但是损耗不是按平均电流计算的,是按照等效电流计算的,这是其一。其二是,不考虑交流分量是不行的,因为输出的功率就来自交流分量,电感中的直流分量只是维持了电感的工作点并不参与输出,当然100%占空比输出直流分量(电容没用了)。
另外一个损耗忘说了,就是电容的ESR损耗,也是和电感电流的交流分量相关。
cdzx11
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  • 2011-8-5 22:28:55
 
我不是要忽略二极管损耗,而是说续流二极管和开关管应该同时考虑。
只不过,讨论二极管损耗和开关管损耗,涉及两者的特性不同。如果改成同步整流,那么讨论起来比较简单——我们可以假定上下管是两只相同的晶体管。

至于说占空比和电流的关系,我们可以这样分析:
当上管开启的瞬间,电感电流为最小值Imin,上管关闭的瞬间,电感电流为Imax
这儿假设电流线性上升(你没意见吧?),那么平均电流Iavg=½(Imin+Imax)。
因为平均电流不变,所以当Imin下降,必然意味着Imax上升,反之亦然。如此,电流下降或者上升其实是无从说起的。
dog72
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  • 2011-8-5 23:01:35
 
损耗要按等效电流计算。
cdzx11
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  • 2011-8-5 23:15:19
 
请问等效电流的定义是什么?
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  • 2011-8-5 23:24:32
 
sorry是有效电流,写错了
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  • 2011-8-5 23:36:15
 
Irms2=周期内电感电流平方的积分,公式写不出来,凑合看吧
cdzx11
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  • 2011-8-5 23:48:22
 
你说的是电流有效值吧?
如果说电流有效值到是不会错。
我把电流分做直流成分和交流成分,分别计算其功耗,然后相加。之所以能够这样处理,就是因为复杂波形的有效值等于各分量的有效值的平方和。

不过,对于PWM电流信号,直接分析其有效值是很不方便的。
在我们这里,电感电流有效值最大的时候,主开关管的占空比最小,如果直接计算其有效值,得到的结果是最小值。
除非只计算其开启时间段的电流有效值,我们才能得到占空比越小,电流有效值越大的结论——但问题是,一般都不会这样算吧?
当然,如果你指明了电流指的是开关管开启时间段内的有效值电流,那么我肯定不能说你说错了;但如果没有加这样的限制,你的描述就不能说是正确的。

如果你把测量电流的位置放在储能电感上,上面所说的问题就不存在了。
dog72
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  • 2011-8-6 09:44:40
 
我看了半天觉得你要说的和我说的没啥区别,不知道你为啥说我错。
另外,开关管的导通损耗我原文就没考虑,原文考虑的是开关损耗。后来换成同步整流,我才考虑的导通损耗,而这个导通损耗需要用有效电流来计算,考虑上下管相同,那么管子上的导通损耗就等于电感上电流的有效值平方与管子导通电阻的乘积。
我前面的公式也说了,是电感上电流的平方的积分
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-6 11:24:55
 
电流有效值就是电流的平方积分。
但你的积分区间是整个周期还是只对导通时间积分?
你是对电感电流积分还是对晶体管电流积分?

或许你想的东西没错,但你的描述起码不严谨。你在回头看看你的第一个帖子,我当时看你的帖子的感觉你所说的电流是晶体管电流。
如果说晶体管电流,那么当占空比小的时候,对整个周期积分的结果应当是电流变小。当然相应的续流二极管电流变大。
我说过很多遍了,我之所以建议用同步整流来考虑问题,是为了避免这一个变大一个变小的电流究竟能否抵消的问题纠缠不清。

至于开关损耗,我看你的原帖上似乎没有说的很明确,开关损耗的具体分析更是没有。
如果分析开关损耗的话,晶体管的类型不同,损耗情况都有差异。
dog72
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副总工程师
  • 2011-8-6 23:39:28
 
1、MOS的开关损耗与导通电流和电压有关,占空比越大,导通电流越小(功率一定,想不清楚去撞墙)。导通电流小,开关电压一样,损耗就低。
这说的就是开关损耗啊。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-8-7 00:56:34
 
占空比越大,导通电流越小——拜托你说明白这究竟是指的什么电流,做开关的晶体管的电流?电感电流?续流二极管(或同步整流管)的电流?这三个电流互相都是不相等的。

开关损耗是比较复杂的,并不只是与电流相关。
对于硬开关电路来说,大致上:开启损耗主要与导通前晶体管两端的电压正相关,关断损耗和关断前的电流正相关。
在我们这儿;开启损耗主要取决于输入电压值;关断损耗取决于电流峰值,这是因为主开关管关断前,电流一直在上升。
对于MOSFET硬开关,开启损耗是主要的损耗来源。
cdzx11
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  • 2011-8-7 00:59:36
 
越说越远了,不再多说了。
其实,你一开始说的对或者不对,并不重要。
如果在争论过程中,能够对相关的问题有更进一步的了解,那么就没有白争论一场。

说实话,受你的启发,以及在争论中的思考,现在我对楼主所提的问题的答案有了一个比较全面、清晰地认识——这是我的收获,不知道你有没有收获。
dog72
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  • 2011-8-7 01:15:25
 
是的,争论重在过程不在结果。我的收获是以前的理解通过主动的表达,变得更透彻了。君子和而不同
wangx2011
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  • 2011-8-7 19:42:19
 
buck电路中 占空比越大输出越大这句话不是完全对的 当占空比达到88%时输出电压达到最大,但当占空比超过88%时,输出电压却会减小。
bigbigeasy
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  • 2011-8-7 21:26:57
 
我100%开呢
xkw1cn
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  • 2011-8-8 16:40:42
 
不举!
leesirleesir
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  • 2012-4-1 16:57:03
 
不错,看了一遍
chen
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  • 2012-4-1 17:09:23
 
顶一下,做个记号
pandy
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  • 2012-5-4 17:06:29
 
占空比大说明输入电压变低或者是输出负载在增加,间接说明电感电流增加,这样增加了磁损,同时开关管损耗也加大了!
zhangtao3b608
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  • 2012-5-5 09:06:56
 
浏览一下大家见解都很精辟。看到这个问题想起来前几天在新华书店看到了陈永真教授写的一本书,大致叫高效开关电源,里面就有这样的论述。只是看了一遍记不太清楚,不对之处可能是记错了。
铁损:Iin(av)=P0*η/Vin,IPK=Iin(av)*D,Iin(有效值)=Iin(av)/根号D。可见,在同等输出功率下,D越大有效值越小,铜损越小。
铜损:占空比越大,DB越小,铜损越小。
MOS管损耗:在相同的输入电压下,占空比越大开通损耗和开关损耗越小。
amos-
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  • 2012-7-21 14:33:51
 
管子的导通时间小了,消耗就少了 ,效率当然高
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  • 2012-7-21 14:41:18
 
Buck输入输出电压的关系是:Vout=Vin*D
D越大,Vout越大,即输出跟输入的压差越小==>效率当然也就高了
blueskyy
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晕,开关电源是线性LDO吗?
daxia4540827
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  • 2012-9-1 11:31:21
 
你没有反馈环路的么?D越大,也要保证输出恒定啊!只能说明这个时候输入变低了,这又不是线性电源!
chaoerm
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  • 2012-8-31 22:53:23
 
学习学习!
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  • 2012-9-1 08:30:04
 
我觉得效率是与输出功率有关。至于占空比没考虑过,学习
david
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  • 2012-12-20 14:22:24
 

在开关电源中的开关器件的损耗可分为开关损耗,导通电阻损耗,磁性器件中分为磁损耗和铜损耗,一些辐射损耗可以忽略不计.
那么在buck电路中为什么占空比约达效率越高呢,我们可以这样理解:在开关频率一定的情况下,开关损耗是一定的,当占空比增大,这时有负载增大或输入电压降低引起的,一般时有负载增加引起的,负载增大而开关损耗不变效率自然会升高;其次占空比增大,相应的开关mos的导通时间增加而续流二极管的导通时间减少,大家知道mos的导通电阻要远小于二极管的导通电阻,所以效率就提高了。这就是占空比增加效率提高的原因。
以上是本人的理解不知是否正确,请各位高手指点。
david
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  • 2012-12-20 14:26:36
 
改正上面的几个错字:
在开关电源中的开关器件的损耗可分为开关损耗,导通电阻损耗,磁性器件中分为磁损耗和铜损耗,一些辐射损耗可以忽略不计.
那么在buck电路中为什么占空比越大效率越高呢,我们可以这样理解:在开关频率一定的情况下,开关损耗是一定的,当占空比增大,这时由负载增大或输入电压降低引起的,一般是由负载增加引起的,负载增大而开关损耗不变那么效率自然会升高;其次占空比增大,相应的开关mos的导通时间增加而续流二极管的导通时间减少,大家知道mos的导通电阻要远小于二极管的导通电阻,所以效率就提高了。这就是占空比增加效率提高的原因。
以上是本人的理解不知是否正确,请各位高手指点。
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  • 2013-2-25 11:26:12
 
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天使之光
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  • 2013-5-27 22:14:52
 
开关电源一般都这样的吧。
jiugegouling
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  • 2013-6-1 22:26:37
 
损耗小 效率就高了 至于什么情况下损耗小 可以对比 IGBT导通损耗 交越损耗 二极管 铜损 铁损 辐射 线路电阻损耗
weipcrazy
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学习···········
周旭权
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学习,学习。
qiuseqian
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高级工程师
  • 2013-11-4 00:13:58
 
看看书上的公式
led公子
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高级工程师
  • 2013-11-4 08:19:13
 
因为电流的原因呀
roc171
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高级工程师
  • 2013-12-25 16:57:51
 
应该是电感上的损耗小了
ncp1031
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副总工程师
  • 2013-12-25 21:59:00
 
是这样的么?
sonny9665
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高级工程师
  • 2014-1-1 20:51:50
 
kskfqking
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初级工程师
  • 2014-1-16 19:39:17
 
因为把各种损耗的效应考虑在内,理想BUCK变换器的效率公式为1/((1+D*Rds+(1-D)*Rf+Rl)/Rl +(1-D)Vf/Vo +FsCoRl/M*M +RcRl(1-D)(1-D)/12Fs*Fs*L*L ) 。根据这个公式可以用大概直观的看出效率随着占空比的增大而增大,或者用计算机做出效率随着D变化的曲线图,从中也可以看的出来效率随着D的增大而增大,随着D的减小而减小。
kskfqking
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初级工程师
  • 2014-1-16 19:42:37
 
这个是在CCM的情况下得出的结论
wolfdeer
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高级工程师
  • 2014-1-16 21:28:10
 
这个说法其实不严谨,现在很多Buck应用的mos电阻很大,如果输入电压降到一定幅度后,占空比越大效率越低。对给定产品定输出电压变输入电压多数是这种情况,典型案例就是全电压的BuckPFC
nightyjl11
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高级工程师
  • 2014-2-26 08:39:38
 
大家讲的都好。
singhfong
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初级工程师
  • 2014-4-18 14:49:48
 
#广告已删除#
luqiang200006
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本网技师
  • 2014-10-6 14:52:41
 
受教了 不错的帖子
mht820413
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高级工程师
  • 2015-2-28 09:04:07
 
占空比大说明输入接近输出,BUCK就是降压的,你想想7805 还是LDO效率高,不用解释那么复杂,关键是你搞懂他占空比怎么算的D=Vout/Vin. 详尽的推倒可以参考精通开关电源,那个美国的印度人讲的很好。
iloveyukwah
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助理工程师
  • 2015-8-30 01:46:31
 
在TI在线培训课程里面,有一个叫李伟的老师,讲的电源课程中有解释到的。可以去看一下。
xingyong
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初级工程师
  • 2015-8-30 02:57:21
 
看了各位跟贴,各样说法的都有,说的都有道理,
其实就象人吃饭做事一样,做的事越多,饭也吃得多点,不干活时,他也是要吃饭的,所以吃的饭与干的活不是等比的,所以干的活越少时,效率就越低.但也不是干活越多时,效率就越高,干的太多了,就要生病了,又要吃药了,效率又下来了.
THTTH1982
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版主
  • 2015-9-5 13:16:06
 
主要损耗大多是在续流上面了续流时间长,相对损耗来说高,效率低。这就是说为什么占空越大,效率越高了。
闲情逸致
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  • 2015-9-8 21:00:08
 
我不这么认为!要看工作频率和输入输出电压的压差和MOSFET实际的参数决定了它的承受速度和导通压降,不见得占空比越大效率越高的。比如你输入电压300V直流,输出电压1.8V/100A,你觉得这个电路用BUCK效率会很高吗?或许用其他的方案效率有可能更高,并且占空比不一定大的。胡言乱语别介意!
THTTH1982
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  • 2015-9-11 16:50:11
 
300V转成1.8V。你能弄成80%的占空么。或99的占空
一川
  • 一川
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  • 2018-9-12 12:27:42
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占空比越大,输出输入的差越小,损耗越小,效率就越高
asianxll
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助理工程师
  • 2019-6-18 16:16:48
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留个脚印用
Hanoch
  • Hanoch
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LV3
助理工程师
  • 2022-4-8 20:08:10
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buck电路开关管打开时,电源直接给负载供电;开关管关断时,电容供电;所以自然是占空比越大,对电源的利用率越大,效率越高
yafupower
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助理工程师
最新回复
  • 2022-4-11 13:18:55
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