代码收藏家技术教程 2023-04-26

BUCK降压控制电路指南

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前言

与前几篇文章类似，BUCK控制电路拓扑类似于BOOST控制电路，在弄懂BOOST拓扑结构的基础上，就可以搭建BUCK电路。BUCK电路相较于BOOST电路的优点在于，可以空载运行，也不用担心占空比开到满会出现爆炸的情况。下面是BUCK电路的控制方案和具体电路

一、软件思路

单片机输出一路PWM信号，PWM占空比越高，输出电压越高。PWM占空比越低，输出电压越低。通过电压电流检测电路，检测输出电压或输出电流。通过PID电路控制输出电压电流的跟随，若想要执行电压追踪，则将采集到的电压送入PID中，与目标电压做对比，比目标电压低，就提高PWM占空比，比目标电压高，就降低PWM占空比。若想要执行电流追踪，则将采集到的电流送入PID中，与目标电流做对比，比目标电流低，则提高PWM占空比，比目标电流高，就降低PWM占空比。

二、硬件电路

1、主电路拓扑

首先说一下具体思路，你需要明确这个条件，想要控制输出电压和电流的大小，需要用到DC-DC变换板，也就是通俗的直流电压变换。由于输入电压大于输出电压，所以选用buck电压拓扑，也就是降压电压拓扑。

降压拓扑选择同步整流电压拓扑，电路图如下。主要控制方案是通过单片机控制LO和HO口的占空比，从而最终控制输出电压的大小。同步整流降压拓扑的工作原理在于，拥有两个开关mos管Q1和Q2。Mos管是电压控制管，当开关管的GS端大于一定电压差时，开关管呈现导通状态。当开关管的GS端无电压差时，开关管呈现截至状态。那么根据这个特性，我们令两个mos管对应的PWM控制信号完全相反，那么在同一时间，由于GS的电平只有高电平和低电平两种状态，PWM控制信号相反就代表GS电平相反，那么在同一时刻Q1和Q2只有一个能够导通。根据这种情况，第一种工作状态，Q1给高电平，Q2给低电平，那么Q1就导通了，Q2就截至了。这个时候相当于输入电压不能跟电路中的L1电感充电了，电感一旦没有充电，那么就会产生一个反向的电动势。这个时候我们看第二种工作状态，第二种工作状态就是Q2mos管导通，Q1mos管截至，电流随输入经过Q2经过电感L1再流向负载，此时负载电压就等于输入电压。那么第一种工作状态时，由于之前第二种工作状态充电方向是从左至右，所以当停止充电时，那么电感上面就会产生一个左负右正的电动势，此时负载电压就等于电感电压。

那么这个时候，电感电压永远不可能超过你的输入电压，所以如果第一种工作状态越久，那么输出电压就会越低。第二种工作状态越久，输出电压就会越接近输入电压。那么控制第一种工作状态和第二种工作状态的占比就需要PWM去控制。因为我们用的驱动电路是只需要一个PWM控制信号，LO口对应的是PWM控制信号的反向信号，因此单片机只需要输出一个PWM控制信号，这个PWM控制信号占空比大，对应LO口占空比就小，导通时间就越小，第二种工作状态就越长，电压就越大。所以输入PWM占空比越大，输出电压就越大，占空比越低，输出电压就越低。

2、驱动电路拓扑

驱动电路如下，需要理解的就是PWM_IN口，PWM_IN就是单片机输出的PWM口。比如我们输入一个20khz占空比为40%的方波进来，那么通过IR2104S半桥驱动芯片，即可再LO口得到20khz占空比为60%的方波，HO口得到20khz占空比为40%的方波。HO和LO口直接接入到主电路中对应的接口处。

3、采样电路拓扑

直流电压采样电路如下，通过运放实现采集电压的缩放。DC_OUT+是我们检测到的直流电压，这个地方可以直接连接到主电路的输出电压口，假设输出电压是33V，通过R24和R22电阻分压，在运放的3号口能得到33V1/(33+1)的电压也就是33/34v。根据运放的虚短虚断，2号口电压也为33/34v。再通过R25和R23电阻分压，在运放的1号口得到33/3434/33=1v的电压。再通过一个电压跟随器降低电压阻抗，最终到输出电压口得到1V电压。因此输入33V电压，可以输出1V电压。这个1V的电压送入单片机内部进行检测，当单片机检测到1V以后，通过内部乘以电压系数就能够得到正确的输出电压。此处电压缩放比为33倍，通过改变R25和R24的大小，即可得到不同的缩放倍数。

电流检测电路如下，采样电路R30为10mΩ。其中I_IN口接入输出负载的负极，GND连接电路的GND。假设有1A的负载电流，则这个电流会流入10mΩ，就会得到10mv的采样电压。U9是INA213电流放大芯片，可以将采样电压放大五十倍。那么10mv放大五十倍的话，就能得到500mv的电压。再次说明，R28,C15,R27组成RCR的滤波电路，是用来滤波的，无其他作用。得到的500mv电压通过电压跟随器最终送入单片机内部进行检测，那么我们检测到500mv电压就代表负载电流为1A，因此根据这个电压和电流的转换关系，即可检测到6A以下的负载电流。