一文理解BUCK电路的降压原理

前段时间讲过了BOOST电路，现在该轮到讲BUCK电路了。

BUCK电路和BOOST电路用到的器件几乎一样，如果理解了BOOST电路的升压原理，其实BUCK的降压原理也是很容易理解的。

下面简单的讲一下BUCK电路。

图示为简单的BUCK电路图。

此电路具有电源，开关管，电感，二极管 电容，负载电阻器件。

其中，开关管选用的为MOS管，也可以选择三极管。其源极接PWM波。PWM的高低起伏控制着MOS管的导通与断开。

电感：可以将电能转换为磁能存储起来，也可以将磁能转换为电能进行释放。在整个电路中，需要注意到以下两点：

1 电感在进行储能与释放能量时，其极性会发生反向。
2 电感电流不能突变，其只能线性放大和减小。这个从电感的公式Ldi/dt=U就能看出来。

电容：具备储能与释放能量的特点，与电感相反，其极性不会发生变化。当外部电压大于电容电压时，其进行充电，当外部电压小于电容电压时，其开始放电。

二极管：具有单向导通，反向截止的特性。部分电路中，也有将此二极管改为MOS管的，我们称之为同步BUCK电路。然而我们今天要讲的是异步BUCK电路。

为了更好的讲解电路，还是分为两个阶段进行讲解。

下面以理想状态下，对电路进行分析。

MOS管导通

当MOS管导通时，电流流向如图所示。

此时V1为整个电路进行供电，电感L1将电能转换为磁能进行储能。其极性表现为左端正极，右端负极。电容此阶段开始充电。电路输出电压UO1。电感两端的压差等于V1- UO1。

MOS管断开

当MOS管断开时，电流流向如图所示。

此时电感相当于电池，对外进行放电。因为电感电流不能突变，所以流经电感的电流流向不变。极性发生变化，表现为左负右正。此时二极管起到了续流的作用。此时输出电压为UO2。

UO1= UO2。

当开关闭合与断开的瞬间，电感极性会发生偏转，此时负载由电容供电。

前面我们提过，电感的秒伏定理。根据电感的秒伏定理可知：

UO2(1-D)T= (V1-UO1)DT
即简化一下：UO1(1-D)=(V1- UO1)D
UO1=DV1

因为D永远小于1，所以UO1永远小于输入电压V1。

为了更好的明白BUCK电路，我们可以这样理解。假设我们想要指定的电压Uo输出。

在MOS管闭合时，因为电感电流不能突变，其右端电势也只能随着电源供电储能，右端电势从0V逐渐升高，当升高至Uo以上时，MOS管瞬间断开，停止输出电压的继续升高，此时输出电压略高于设定值。

在MOS管断开后，其开始释放能量，当右端输出电压低于Uo时，MOS管瞬间再闭合，阻止输出电压的继续下降。

来回反复的循环，使得输出电压始终保持在Uo上下轻微的徘徊，而这种徘徊的压差可以理解为我们常说的纹波值。其可以通过调整输出电容的参数来降低纹波，保持稳定的输出电压。

由于二极管以及MOS管都为非理想状态，所以输出电压与上述公式计算存在偏差。所以。为讲究效率，二极管以及MOS管 电感的选择也是非常的重要的，后面的文章我再进行讲解。