一种Buck电路

本申请涉及电路，特别涉及一种buck电路。

背景技术：

1、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。

2、buck电路的特点：1）能效高：由于buck电路通过开关管进行脉冲调制，因此其能效通常比线性稳压电路更高；2）输出电压稳定：buck电路通过电感和电容的协同作用，能够保持输出电压的稳定性；3）可控性强：buck电路通过pwm控制，能够实现对输出电压的精确调节，从而满足不同应用场景的需求；4）成本低：相较于其他降压电路，buck电路所需要的元器件较少，因此成本相对较低。总的来说，buck电路具有广泛的应用场景和较好的性能，能够为电子设备提供稳定的电源，并提高能源利用效率。

3、目前大部分的buck电路中的mos管都仍为硅材料的普通mos管，而碳化硅mos管具有切换速度快，导通速度快，开关速度快，可以实现更高频率、更高效率的功率转换，具有很高的抗辐射能力，导通电阻较低，可降低功率损耗等优势。而buck电路中二极管也一般采用硅材料肖特基二极管，碳化硅材料的肖特基二极管与之相比具有反向电流更低、导通阻抗更小的特点，并且解决了硅材料肖特基二极管的反向峰值电流过大的问题。但是，buck电路中的mos管在连续开关工作时输出的电压波动幅值较大，导致出现功率损耗较大问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请提出一种buck电路，所述buck电路为基于碳化硅肖特基二极管和碳化硅n型mos管的buck电路。

2、所述buck电路包括：碳化硅肖特基二极管、碳化硅n型mos管、pwm调制器和功率电感器；

3、所述碳化硅肖特基二极管的阴极与所述碳化硅n型mos管的源极连接，所述碳化硅肖特基二极管的阳极与所述buck电路的电源的负极接地点相连接；

4、所述碳化硅n型mos管的漏极连接电源负极；

5、所述pwm调制器包括相互连接的脉冲发生器和转换器，所述转换器与所述碳化硅n型mos管的栅极之间通过栅极驱动相连接；用于提供驱动信号的pwm调制器通过改变所述驱动信号的占空比驱动所述碳化硅n型mos管的开通和关断；

6、所述碳化硅n型mos管的源极和碳化硅肖特基二极管的阴极还连接有所述功率电感器，所述功率电感器串联第一负载；所述第一负载的两端与第一电容器并联，形成buck电路的输出端；

7、所述第一电容器与所述碳化硅肖特基二极管为并联关系，所述第一电容器与所述碳化硅n型mos管为串联关系。

8、所述第一电容器的电容值基于所述碳化硅肖特基二极管的寄生电容和所述碳化硅n型mos管的漏源寄生电容的影响进行设定。

9、进一步，本申请所述的buck电路中，所述碳化硅肖特基二极管的正向导通电压为1.5v、寄生电容为454pf。

10、进一步，本申请所述的buck电路中，所述碳化硅n型mos管的导通电阻为80mω、阈值电压为2.8v、栅极电阻为0.6v、输入电容为1700pf、输出电容为82pf、反向电容为9pf，以及体寄生二极管的导通压降为3.6v。

11、进一步，本申请所述的buck电路中，所述功率电感器的电感值不考虑所述碳化硅n型mos管的栅、源、漏的寄生电感效应。

12、进一步，本申请所述的buck电路中，所述pwm调制器包括用于切换所述碳化硅n型mos管的开通和关断的控制电路；所述控制电路为通过设定所述pwm调制器的脉冲占空比进而周期实现对输出电压幅值控制的控制电路。

13、进一步，本申请所述的buck电路中，所述控制电路为通过目标要求的输出电压和提前设定的输入电压来确定pwm调制器的脉冲占空比，以及通过器件参数和电路频率要求设定脉冲周期的控制电路。

14、进一步，本申请所述的buck电路中，所述控制电路为mcu、fpga或者asic。

15、进一步，本申请所述的buck电路中，所述buck电路还包括：用于检测电感电流的数值的电流传感器，和，用于检测输出端电压变化的电压传感器；

16、所述电流传感器串联在所述功率电感器和所述第一负载之间，所述电压传感器并联连接在所述第一负载的两端。

17、进一步，本申请所述的buck电路中，所述第一电容器与所述碳化硅肖特基二极管的寄生电容呈为并联关系。

18、进一步，本申请所述的buck电路中，所述第一电容器与所述碳化硅n型mos管的寄生电容呈为串联关系。

19、进一步，本申请所述的buck电路中，所述电源的输入电压小于等于所述碳化硅n型mos管的最大承受源漏电压；

20、所述buck电路的输出电压纹波和输出电感电流纹波的比值小于等于提前设定的比值。

21、进一步，本申请所述的buck电路中，所述碳化硅n型mos管的开关周期为预设周期；

22、所述第一电容器的电容值是基于所述碳化硅肖特基二极管的寄生电容和所述碳化硅n型mos管的漏源寄生电容的影响，通过目标要求的输出电压纹波、输出电流波纹和所述pwm调制器的脉冲周期、脉冲占空比，四个数值计算得到；

23、所述功率电感器的电感值通过所述目标要求的输出电流纹波和所述pwm调制器的脉冲周期、脉冲占空比三个数值计算得到；

24、所述第一负载的电阻数值通过所述目标要求的输出功率、输出电压以及输出电流计算得到。

25、本申请中所述的控制电路是将一个脉冲信号发生器串联到栅极驱动器上进而接入到栅极中，通过控制脉冲信号的脉冲周期和脉冲波形的占空比来控制所述碳化硅n型mos管的开通和关断，进而实现对输出电压的降压作用。

26、将一个电流传感器串联在功率电感的阴极，通过电流传感器检测电感电流的波动和大小，观察所述碳化硅n型mos管的关断和开通作用。

27、将一个电压传感器并联在输出端，通过电压传感器检测输出端电压的实际数值和变化波形，进而判断buck电路是否实现了斩波压降的功能。

28、本申请提供的一种buck电路具有以下有益效果：

29、buck变换器，在连续工作模式时，具有能效高、稳定性和可控性强的优势。在此基础上，本申请的buck电路形成的buck变换器，使用的碳化硅n型mos管和碳化硅肖特基二极管的开关频率会更高、导通电阻更低，以及反向电流也更低；使得buck电路能在连续开关工作时减小输出的电压波动幅值，更快速的进行开关关断从而减小功率损耗。

技术特征：

1.一种buck电路，所述buck电路为基于碳化硅肖特基二极管和碳化硅n型mos管的buck电路，其特征在于，所述buck电路包括：碳化硅肖特基二极管、碳化硅n型mos管、pwm调制器和功率电感器；

2.根据权利要求1所述的buck电路，其特征在于：所述pwm调制器包括用于切换所述碳化硅n型mos管的开通和关断的控制电路；

3.根据权利要求2所述的buck电路，其特征在于：所述控制电路为通过目标要求的输出电压和提前设定的输入电压来确定pwm调制器的脉冲占空比，以及通过器件参数和电路频率要求设定脉冲周期的控制电路。

4.根据权利要求3所述的buck电路，其特征在于：所述控制电路为mcu或fpga或asic。

5.根据权利要求4所述的buck电路，其特征在于：所述buck电路还包括：用于检测电感电流的数值的电流传感器，和，用于检测输出端电压变化的电压传感器；

6.根据权利要求5所述的buck电路，其特征在于：所述第一电容器与所述碳化硅肖特基二极管的寄生电容呈为并联关系。

7.根据权利要求6所述的buck电路，其特征在于：所述第一电容器与所述碳化硅n型mos管的寄生电容呈为串联关系。

技术总结
本申请涉及一种Buck电路，Buck电路为基于碳化硅肖特基二极管和碳化硅N型MOS管的Buck电路，Buck电路包括：碳化硅肖特基二极管、碳化硅N型MOS管、PWM调制器和功率电感器；碳化硅肖特基二极管的阴极与碳化硅N型MOS管的源极连接，碳化硅肖特基二极管的阳极与电源的负极接地点相连接；PWM调制器与电源的正极相连，PWM调制器包括脉冲发生器，脉冲发生器与碳化硅N型MOS管的栅极之间通过接一栅极驱动相连接；PWM调制器通过改变驱动信号的占空比驱动碳化硅N型MOS管的开通和关断。本申请的Buck电路能在连续开关工作时减小输出的电压波动幅值，更快速的进行开关关断从而减小功率损耗。

技术研发人员：赵桂娟,任彬
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：20231210
技术公布日：2024/9/23