1 、Buck電路原理

開(kāi)關(guān)電源的Buck電路是一種降壓型DC－DC轉(zhuǎn)換電路，其輸出電壓低于輸入電壓。Buck電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示，其中S是開(kāi)關(guān)管，D是續(xù)流二極管，L是電感、C是濾波電容，R是負(fù)載電阻：

其中開(kāi)關(guān)管選擇MOS管，通過(guò)PWM波控制MOS管導(dǎo)通和關(guān)閉，來(lái)控制電感的儲(chǔ)能和釋放能量，實(shí)現(xiàn)降壓。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通電阻比較小，相當(dāng)于短路，Ui經(jīng)過(guò)S、電感L給電容C充電，也是給電感L充電，同時(shí)也給負(fù)載R供電。由于電感電流不能突變，電感會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)阻礙電流變化（變大），電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)樽笳邑?fù)，電感兩端電壓為UL = Ui – Uo，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于斷路。電流流向圖如下圖所示：

當(dāng)開(kāi)關(guān)管S斷開(kāi)時(shí)，流過(guò)電感L的電流會(huì)減小，由于電感電流不能突變，電感會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流減小，電動(dòng)勢(shì)方向就是右正左負(fù)，電感兩端電壓為輸出電壓UL = Uo ，此時(shí)二極管導(dǎo)通。電流經(jīng)過(guò)濾波電容C，經(jīng)過(guò)負(fù)載R，再經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管D構(gòu)成回路，電感和電容共同為負(fù)載供電。電流流向圖如下圖所示：

下面我們對(duì)流過(guò)電感的電流及電感兩端電壓在開(kāi)關(guān)管閉合斷開(kāi)過(guò)程中變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)輸出電壓變化進(jìn)行分析。MOS管開(kāi)關(guān)周期為T(mén)S，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)on，閉合時(shí)間為T(mén)off，占空比D =Ton/TS。
根據(jù)伏秒平衡定律，即 ULTon = ULToff（這里對(duì)此不作公式推導(dǎo)），對(duì)于Buck電路而言：

UL*Ton= ( Ui– Uo)*Ton；

UL*Toff = Uo * (TS – Ton) ；

(Ui – Uo)*Ton = Uo * (TS – Ton)；

通過(guò)公式推導(dǎo)，占空比參數(shù)D = Ton/TS=Uo/Ui。對(duì)上述參數(shù)有了理解后，我們進(jìn)行分析。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，Ui給電感充電，隨著時(shí)間增加，流過(guò)電感電流增加，兩端負(fù)載R不變，因此輸出電壓也不斷增大，當(dāng)電壓高過(guò)Uo時(shí)，開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，斷開(kāi)后，電感給負(fù)載供電，隨著時(shí)間增加，電路中電流減小， 輸出電壓也不斷減小，若一直斷開(kāi)則電壓會(huì)降為0，因此不等電壓降為零開(kāi)關(guān)就又閉合進(jìn)行新一輪的充電，通過(guò)PWM嚴(yán)格控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通閉合時(shí)間。通過(guò)周期反復(fù)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，來(lái)控制電感的儲(chǔ)能和釋放能量，實(shí)現(xiàn)降壓。

電感電流及輸出電壓變化趨勢(shì)如下圖所示：圖示Uo的平均值為設(shè)計(jì)所需的實(shí)際值，上下浮動(dòng)則為我們所說(shuō)的紋波。

開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)：

開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)：

輸出電壓：

2、同步Buck電路

由于二極管導(dǎo)通時(shí)至少存在0.3V的壓降，因此續(xù)流二極管D上會(huì)有功耗損失，而以導(dǎo)通電阻極小的MOS管取代續(xù)流二極管可以提高效率。

需要注意的是，通過(guò)控制器同時(shí)控制開(kāi)關(guān)管和同步整流管，要保證兩個(gè)MOS管不同時(shí)導(dǎo)通。