一文理解BUCK電路的降壓原理

BUCK電路和BOOST電路用到的器件幾乎一樣，如果理解了BOOST電路的升壓原理，其實BUCK的降壓原理也是很容易理解的。

前段時間講過了BOOST電路，現在該輪到講BUCK電路了。

BUCK電路和BOOST電路用到的器件幾乎一樣，如果理解了BOOST電路的升壓原理，其實BUCK的降壓原理也是很容易理解的。

下面簡單的講一下BUCK電路。

圖示為簡單的BUCK電路圖。

此電路具有電源，開關管，電感，二極管 電容，負載電阻器件。

其中，開關管選用的為MOS管，也可以選擇三極管。其源極接PWM波。PWM的高低起伏控制著MOS管的導通與斷開。

電感：可以將電能轉換為磁能存儲起來，也可以將磁能轉換為電能進行釋放。在整個電路中，需要注意到以下兩點：

1 電感在進行儲能與釋放能量時，其極性會發生反向。

2 電感電流不能突變，其只能線性放大和減小。這個從電感的公式Ldi/dt=U就能看出來。

電容：具備儲能與釋放能量的特點，與電感相反，其極性不會發生變化。當外部電壓大于電容電壓時，其進行充電，當外部電壓小于電容電壓時，其開始放電。

二極管：具有單向導通，反向截止的特性。部分電路中，也有將此二極管改為MOS管的，我們稱之為同步BUCK電路。然而我們今天要講的是異步BUCK電路。

為了更好的講解電路，還是分為兩個階段進行講解。

下面以理想狀態下，對電路進行分析。

MOS管導通

當MOS管導通時，電流流向如圖所示。

此時V1為整個電路進行供電，電感L1將電能轉換為磁能進行儲能。其極性表現為左端正極，右端負極。電容此階段開始充電。電路輸出電壓UO1。電感兩端的壓差等于V1- UO1。

MOS管斷開

當MOS管斷開時，電流流向如圖所示。

此時電感相當于電池，對外進行放電。因為電感電流不能突變，所以流經電感的電流流向不變。極性發生變化，表現為左負右正。此時二極管起到了續流的作用。此時輸出電壓為UO2。

UO1= UO2。

當開關閉合與斷開的瞬間，電感極性會發生偏轉，此時負載由電容供電。

前面我們提過，電感的秒伏定理。根據電感的秒伏定理可知：

UO2(1-D)T= (V1-UO1)DT

即簡化一下：UO1(1-D)=(V1- UO1)D

UO1=DV1

因為D永遠小于1，所以UO1永遠小于輸入電壓V1。

為了更好的明白BUCK電路，我們可以這樣理解。假設我們想要指定的電壓Uo輸出。

在MOS管閉合時，因為電感電流不能突變，其右端電勢也只能隨著電源供電儲能，右端電勢從0V逐漸升高，當升高至Uo以上時，MOS管瞬間斷開，停止輸出電壓的繼續升高，此時輸出電壓略高于設定值。

在MOS管斷開后，其開始釋放能量，當右端輸出電壓低于Uo時，MOS管瞬間再閉合，阻止輸出電壓的繼續下降。

來回反復的循環，使得輸出電壓始終保持在Uo上下輕微的徘徊，而這種徘徊的壓差可以理解為我們常說的紋波值。其可以通過調整輸出電容的參數來降低紋波，保持穩定的輸出電壓。

由于二極管以及MOS管都為非理想狀態，所以輸出電壓與上述公式計算存在偏差。所以。為講究效率，二極管以及MOS管 電感的選擇也是非常的重要的，后面的文章我再進行講解。