BUCK電路對于大多數電源工程師來說并不陌生，都是耳熟能詳的拓撲結構，資料也是一搜一大把，但是為啥我要在這里再次談到BUCK變換器這種結構呢？可能大部分的資料內容細節上有遺漏，這篇文章從最基本的原理入手，一步步討論BUCK變換器的工作模式、器件選型、案例分析。

   一個降壓轉換器，基本上是一個方波發生器，后跟一個 LC 濾波器。 為了完善我們對轉換器的理解，我們可以將開和關情況分開。 我們假設轉換器采用電壓控制。 在圖  中，我們可以看到開關閉合時間內的電流。

開關閉合期間的導通電流路徑：

在關斷期間，電感電流保持同向循環：

導通期間：

   一旦 SW 閉合，L 中就會發生電流上升。 將電壓 V 施加到受串聯電阻器 rLf 影響的電感器 L 通常會產生一個指數電流，其變化遵循等式：

   其中 VL 是施加在電感兩端的電壓，rLf 是電感串聯電阻。由于串聯電阻 rLf 顯然很小，我們可以嘗試展開上述公式。 我們得到常見的方程：

   如果我們分析導通期間的降壓，電感端子之一Vin（假設 SW 壓降為零），而另一個直接連接到 Vout。 應用方程上述方程對這種情況意味著電流達到峰值，這是由 SW 閉合儲能，即導通時間，表示為 ton。 就會得到以下方程：

   當電流 IL 在電感中流動時，它還穿過電容器 C (IC) 和連接到輸出的負載 (Iload)。 正如我們已經表明的那樣，在平衡狀態下，所有交流電（交流部分）將流入 C，而直流部分將流入 Rload。 了解這一現象將有助于我們評估輸出電壓紋波幅度。

關斷期間：

   電流已達到 ton 施加的值，PWM 調制器現在指示開關打開。 為了對抗其即將飽和的磁場，電感器需要將其電壓反轉。 由于感應電流仍然需要在某個地方流動，在相同的方向上，二極管被激活。 如果我們忽略二極管壓降，電感左端接地，而右端是Vout。 電感谷電流 Ivalley 可以用方程來描述。

   當新的時鐘周期出現時，SW 再次關閉，我們最終在公共點 SW/D 上得到一個方波信號，在 Vin 和 0 之間擺動，并由 LC 濾波器進一步積分。 現在讓我們通過仿真來揭示所有波形。

BUCK——CCM：

   為了全面了解降壓操作，通過仿真波形進行分析：

波形 1（曲線 1）表示 PWM 模式，激活開關。 當開關 SW 導通時，Vin 出現在公共點 SW/D 上。 相反，當 SW 打開時，我們預計該節點會向負擺動。 然而，由于二極管 D 的存在，電感電流對其進行偏置，并出現負壓降：這是續流動作。

波形 3 描述了電感兩端的電壓如何演變。 根據上述方程，L 兩端的平均電壓在平衡時為零，這意味著 S1+S2=0。S1 對應于開啟伏秒區域，而 S2 代表關閉伏秒區域。 S1 只是矩形高度 Vin-Vout 乘以持續時間 DTsw，而 S2 也是矩形高度 -Vout 乘以持續時間 （1-D）Tsw。 如果我們將 S1 和 S2 相加并在 Tsw 上取平均值，我們有

如果我們重新排列方程，我們將獲得 CCM 中眾所周知的降壓直流傳遞函數 M：

在 CCM 中運行的降壓轉換器的直流轉換比：

   如果我們繪制此函數，以查看 Vout 如何隨 D 演變，我們可以看到上述圖中所示的線性變化。理想狀態下，傳輸特性與輸出負載無關。 稍后我們將看到它并不完全正確。

   另一個基于零平均電感電壓的簡單技巧可以幫助加快傳輸比的確定。 首先，讓我們寫出瞬時電感電壓VL

一個周期內上述等式可以表述為：

   根據定義，Vout 由反饋回路保持恒定。 然而，公共點 SW/D 在 Vin（導通期間）和關斷期間的 0 之間擺動。上述等式因此可以重新定義：

   對底部波形的仔細觀察顯示了幾件事。 首先，打開 SW 時會出現一個大尖峰。 這是因為開關通過將 Vin 施加到其陰極來殘酷地中斷二極管導通周期。 如果我們使用 PN 二極管，那么我們需要將晶體恢復到其電中性以阻止它。 這是通過去除所有少數載流子來完成的：二極管清除所有注入的電荷，需要一定的時間來恢復其阻斷作用。 這段時間稱為trr。 在二極管完全恢復之前，它表現為短路。 對于肖特基二極管，我們有一個金屬-硅結，沒有恢復效應。 然而，可能存在較大的寄生電容。 一旦放電（當二極管導通時），SW 迅速將 Vin 施加到該放電電容器上，并出現電流尖峰。 努力減慢開啟 SW 轉換將有助于降低尖峰幅度。

   第二點與當前形狀有關。 您可以在輸出上觀察到一個很好的紋波。我們說輸出紋波是平滑的，“非脈動的”。 它意味著下游電子電路更好地接受，意味著線路上的污染更少。 另一方面，輸入電流不僅具有尖峰特征，而且看起來像方波。 如果 L 增長到無窮大，則形狀將是真正的方波。 事實上它是一種“脈動”電流，攜帶大量污染頻譜，比幾乎正弦形狀更難過濾。

作為總結，我們可以寫一些與 CCM 降壓轉換器相關的評論：

• 由于D 被限制在1 以下，降壓的輸出電壓總是小于輸入電壓(M＜1)。

• 如果我們忽略各種歐姆損耗，轉換比 M 與負載電流無關。

• 如前所述，通過改變占空比 D，我們可以控制輸出電壓。

• 在 CCM 模式中降壓會帶來額外的損耗，因為需要排出二極管反向恢復電荷 (trr)。 這被視為功率開關 SW 的額外損耗負擔。

• 有非脈動輸出紋波，但有脈動輸入電流。

• 除非使用P 通道或PNP 晶體管，否則N 通道或NPN 的控制需要特殊電路，因為其源極或發射極浮動。

• 短路保護或浪涌限制是可行的，因為電源開關可以中斷輸入電流。

下一篇內容讓我們討論減少負載，看看波形在不連續傳導模式下是如何演變的。