BUCK电路工作原理分析详细阐述

原文来自公众号：硬件工程师看海

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在电子电路中，电源一般分为两类，一类是线性电源，一类是开关电源。线性电源具有噪声小的优点。开关电源虽然噪大，但是具有效率高、热损小的优点。

开关电源还可以细分为降压型、升压型和升降压三类。也可按照隔离、非隔离，或者同步非同步再进一步细分。

 

在手机、电脑等消费电子领域，降压型BUCK电路应用非常广泛。是电源工程师的入门课，下面就介绍BUCK降压电路的基本工作原理，并进行原理仿真，后台回复：BUCK仿真文件可以得到仿真源文件。

为了把我们的主要精力放在理解BUCK原理上，我们选择非同步BUCK进行分析，也就是电路中只有一个开关管，由二极管对电感续流放电。

基本的BUCK降压电路由开关、电感、二极管和电容组成，简约的东西经过组合往往会迸发出不可思议的结果，BUCK就是这样的电路。

电感的基本参数和意义见以前的文章：

电感参数有哪些？怎么选择电感？

BUCk基本框图如下：

当开关S1闭合导通时，VA电压为高，Vin给电感L1充电，流过电感L1的电流逐渐增加，电流路径见上图绿色回路，电感充电波形见下图。

当开关S1断开时，Va为低电平，电感L1通过负载和二极管放电，电感L1的电流逐渐减小，电流路径见下图蓝色部分，电感放电波形见上图。

BUCK的基本工作过程就是对电感充放电的过程。

这里有个小说明，在同步BUCK中D1会被开关代替，以提高效率，在S1断开时，但是本章中使用的是续流二极管，则在S1断开时，VA其实是有一部分的负电压的（差不多刚好-0.7V）。

BUCK输入输出电压的计算关系：

我们不用管什么幅秒特性，只看最终、最基本、最本质的电感相关公式：

在BUCK建立稳态后，电感充放电的电流是相等的，△t=T*D是充电的时间，T*(1-D)是放电的时间，即稳态时：

T为开关周期，D为占空比，就是开关导通的时间占整个周期的百分比。

同样的道理：

整理得到：

非常简单的计算过程，一点也不复杂。

下面看原理仿真，multisim仿真文件在公众号后台回复：buck仿真文件可以下载。

通过开关管对电感充放电，可以明显看到电流的充放电三角波电流，当改变输出电容时，有助于缓解输出的纹波，然而由于BUCK开关架构的先天不足，此纹波无法消除，抑制程度也有限。

同时我们也可以看到由于续流二极管的存在，当开关段开始，Va有小段的负电，此负电大约-0.7v，就是和二极管相关，同时由于此二极管的存在，输入输出关系也略微改变，导致输出输入不满足D的关系，为了提升效率就出现了同步BUCK电路。

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