buck变换器工作原理_Buck变换器的降压原理分析

1、Buck变换器另外三种叫法

1.降压变换器：输出电压小于输入电压。

2.串联开关稳压电源：单刀双掷开关（晶体管）串联于输入与输出之间。

3.三端开关型降压稳压电源：

1）输入与输出的一根线是公用的。

2）输出电压小于输入电压。

2、Buck变换器工作原理结构图

图1 .Buck变换器的基本原理图

由上图可知，Buck变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（ErrorAmplifier，E/A），脉宽调制器（PulseWidthModulaTIon，PWM）和驱动电路。

3、Buck变换器工作过程分析

图2.Buck变换器的工作过程

为了便于对Buck变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：

1）开关元件M1和二极管D1都是理想元件。它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；

2）电容和电感同样是理想元件。电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。电容的等效串联电阻（EquivalentSeriesResistance，ESR）和等效串联电感（EquivalentSeriesinductance，ESL）等于零；

3）输出电压中的纹波电压和输出电压相比非常小，可以忽略不计。

4）采样网络R1和R2的阻抗很大，从而使得流经它们的电流可以忽略不计。

在以上假设的基础上，下面我们对Buck变换器的工作过程进行分析。

如图1所示，当开关元件M1导通时，电压V1与输出电压Vdc相等，晶体管D1处于反向截至状态，电流01DI。电流11LMII流经电感L1，电流线性增加。经过电容C1滤波后，产生输出电流OI和输出电压OV。采样网络R1和R2对输出电压OV进行采样得到电压信号SV，并与参考电压refV比较放大得到信号。如图1（a）所示，信号eaV和线性上升的三角波信号trV比较。当eatrVV时，控制信号WMV和GV跳变为低，开关元件M1截至。此时，电感L1为了保持其电流1LI不变，电感L1中的磁场将改变电感L1两端的电压极性。这时二极管D1承受正向偏压，并有电流1DI流过，故称D1为续流二极管。若OLII1时，电容C1处于放电状态，有利于输出电流OI和输出电压OV保持恒定。开关元件截至的状态一直保持到下一个周期的开始，当又一次满足条件treaVV时，开关元件M1再次导通，重复上面的过程。

由分析可得，Buck变换器的工作过程可分为两部分：

1）开关（晶体管）导通：二极管D1截止；电感电流线性增加并储能；电容充电储能；输出电压Vo。

2）开关（晶体管）关断：二极管D1导通；电感释放能量；电容放电；输出Vo。

4、Buck变换器的两种工作模式

按电感电流1LI在每个周期开始时是否从零开始，Buck变换器的工作模式可以分为电感电流连续工作模式（ConTInuousConducTIonMode，CCM）和电感电流不连续工作模式（DisconTInuousConductionMode，DCM）两种。两种工作模式的主要波形图如图2.4所示。下面分别对这两种工作模式进行分析。

图4  Buck变换器的主要工作波形图