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干货!Buck电路传递函数的推导过程!

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前面发的《这道面试题中标率极高,你有必要看看!》介绍电感如何选型。接着发的《纯干货!DC-DC的电感计算公式推导过程!》介绍电感如何计算,里面涉及到伏秒定律、电流纹波率、传递函数等核心知识点。上周发的《Buck电路输出电压纹波超标,如何解决?》,结合公式推导总结出纹波的影响因素。以上内容,干货满满,相信仔细阅读的小伙伴一定收获不少。
前几日,有小伙伴私下反馈不明白文章中提到的传递函数是什么,还有人问不清楚传递函数怎么推出来的。那今天就围绕这个展开聊聊。

   

一道面试题


   

   


照例,先抛出来一道面试题“Buck电路的传递函数是什么?”或“Buck电路输入与输出之间有什么关系?”。这道题,在面试中被问到的概率不像前面“电感选型”、“纹波超标”命中率那么高,但一旦被问到,要么是送分题,要么就是送命题!而且这个在工程应用中,是一个非常重要的知识点。


   

一个数学公式


   

   

上述数学公式,笔者已记不清是初中几年级学的。反正也不用知道它的证明过程,只需要记住这个公式是对的,待会儿我们要用。


   

传递函数


   

   


关于传递函数的概念,百度百科给出的定义:零初始条件下线性系统响应(即输出)量的拉普拉斯变换(或z变换)与激励(即输入)量的拉普拉斯变换之比。这个概念有点绕,其实简单说,就是:用一个函数(模型)来表示输入与输出之间的关系

如下图所示,x(t)*h(t)=y(t),那么h(t)就这个系统的传递函数。这里并没有把传递函数的概念限定在复频域范围内,而是泛意的用在时域范围内。



   

Buck电路的传递函数


   

   


在《纯干货!DC-DC的电感计算公式推导过程!》中有提到伏秒定律,这里直接拿过来用:

变换形式:

根据上面的数学公式有:

注意:ton+toff就是Buck电路MOS管导通和关断的整个周期T,而ton/T就是导通时间在整个周期的占比,即占空比D。

因此,进一步有:

结合Buck电路中的两种回路,在《纯干货!DC-DC的电感计算公式推导过程!》也有具体说明。

(1)在ton期间,Von=Vin-Vout
(2)在toff期间,Voff=Vout

所以,进一步得到:

Buck电路的传递函数,即:

以上就是Buck电路传递函数的整个推导过程。

   

总结


   

   


总结下本文介绍的主要内容:

(1)数学公式:

a/b=c/d;==>a/(a+b)=c/(c+d);

(2)传递函数:

x(t)*h(t)=y(t);

(3)Buck电路传递函数:

Vin*D=Vout。

其中,推导过程中用到了伏秒定律、Buck电路的两种回路。

再拓展下:Boost电路和Buck-Boost的传递函数是什么样的,晓得不?如何推导?


放个手写推导版,这样看着比较直观。


 以上所述,部分内容涉及个人理解,如有觉得不妥,欢迎留言讨论。

      怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深,就看你对这个知识点的理解达到怎样的程度。你学废了么?


往期文章:

纹波:Buck电路输出电压纹波超标,如何解决?

电感:纯干货!DC-DC的电感计算公式推导过程!

电感:这道面试题中标率极高,你有必要看看!

电容:用100nf电容给72Mhz时钟信号退耦合适么?

共模电感:这个面试题,看看你的答案能得多少分?

磁珠:人类高质量硬件工程师,关于磁珠是如何抑制干扰,你晓得么?

 

来源:硬件微讲堂
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首次发布时间:2023-05-12
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