Buck電路：降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，輸出電壓與輸入電壓極性相同。Buck變換器也有CCM和DCM兩種工作方式。

1、降壓型斬波電路的原理圖

在控制開(kāi)關(guān)VT導(dǎo)通ton期間，二極管VD反偏，電源E通過(guò)電感L向負(fù)載R供電，此間iL增加，電感L的儲(chǔ)能也增加，導(dǎo)致在電感兩端有一個(gè)正向電壓Ul=E-u0，左正右負(fù)，這個(gè)電壓引起電感電流iL的線性增加。

在控制開(kāi)關(guān)VT關(guān)斷toff期間，電感產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，左負(fù)右正，使續(xù)流二極管VD導(dǎo)通，電流iL經(jīng)二極管VD續(xù)流，uL=-u0，電感L向負(fù)載R供電，電感的儲(chǔ)能逐步消耗在R上，電流iL線性下降，如此周而復(fù)始周期變化。如圖1-1。

2、降壓型斬波電路的參數(shù)設(shè)置

設(shè)置觸發(fā)脈沖占空比α分別為20%、50%、70%、90%。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖1-10圖1-11圖1-12圖1-13。在波形圖中第一列波為輸出電壓波形，第二列波為輸入電壓波形。

（1）在降壓式直流斬波電路（Buck）中，電感和電容值設(shè)置要稍微大一點(diǎn)。

（2）注意VT的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，電容的充放電規(guī)律和電感的作用。

（3）輸出電壓計(jì)算公式：U0=DE。

參數(shù)計(jì)算

　　輸出電壓：20-30V

　　輸出額定電壓：12V

　　輸出電壓紋波：125mV（1%）

　　額定輸出電流：4A（額定功率48W）

　　最大輸出電流：6A

　　開(kāi)關(guān)頻率：100KHz（10uS）

　　輸入電流最大波紋：30mA

　　電壓跌落：250mA（1uS內(nèi)Io從200mA突變到4A）

　　1.占空比計(jì)算

　　Dmin=12/30=0.4

　　Dmax=12/20=0.6

　　2.輸出濾波電感計(jì)算

　　濾波電感的作用：

　　一是低頻濾波，在此主要是阻礙電路電流的突變。（因電感的自感電勢(shì)會(huì)阻礙原電流的變化。）

　　二是高頻濾波，電感元件和電容及電路有諧振頻率，它可在高頻電路里吸收或阻檔同頻或差頻的信號(hào)波。

　　要求電路電流在額定電流的10%時(shí)恰好處于臨界狀態(tài)。如下圖所示，此時(shí)的輸出電流應(yīng)該為Io=10%*4A=0.4A，Ip=0.8A。在0-Ton時(shí)刻，電感L上承受的電壓為（Uin-Uo），因此有：

　　為了保證L在任何情況下都能滿足保證電流和低是依然能連續(xù)，應(yīng)該去L更大的值，因此以Uin最大時(shí)去計(jì)算L。

　　3.輸出濾波電容值計(jì)算

　　Co 很大的話，可以保證輸出電壓近似恒定，但是Co 很大會(huì)導(dǎo)致體積和成本更大。因此實(shí)際中根據(jù)容許的輸出電壓紋波來(lái)選擇Co的值。

　　我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)總是按照電感電流諧波全部進(jìn)入Co，恒定分量進(jìn)入負(fù)載（ 如果帶阻性負(fù)載，在閉環(huán)電路的控制下，輸出電壓恒定，確實(shí)是這樣的）。電感電流i的諧波進(jìn)入電容，由電容的寄生電阻ESR、寄生電感ESL，和Co 值決定電壓紋波的。

　　對(duì)于低于500KHZ的諧波，ESL 產(chǎn)生的電壓紋波可以忽略。因此，輸出電容中由ESR 和Co決定紋波電壓分量。由ESR 產(chǎn)生的紋波分量正比于電感電流紋波分量，由Co決定的紋波分量與流過(guò)電容的電流積分成正比。這兩個(gè)分量相位是不同的。

　　上圖中分別顯示了ESR 和Co產(chǎn)生的電壓紋波隨電流紋波變化情況，在i直大于Io時(shí)，電容充電，uc上升，uEsR隨i變化; 在i小于Io時(shí)，電容放電。電容一周期電流平均值為0。

　　在0~0.5T時(shí)間內(nèi)，假設(shè)UC和uEsR兩個(gè)峰值疊加在一起了有：

　　△U是要求的輸出電壓紋波值=120mV，T為開(kāi)關(guān)周期，△I為電感電流峰峰值，可以根據(jù)前面得到的L值計(jì)算出來(lái)。當(dāng)然是以最大電流紋波時(shí)電容依然能保證電壓紋波在要求范圍內(nèi)來(lái)計(jì)算。

　　上式中只存在Co和ESR兩個(gè)未知數(shù)。從一些廠家目錄中可以認(rèn)定，在很大范圍內(nèi)不同電壓等級(jí)和不同容值的常用鋁電解電容，其ESR*Co=50～80*0.00001.帶入3式中得到：Co=336uF。實(shí)際中取470uF。

3、降壓型斬波電路的特點(diǎn)

效率高，可靠性好;

工作效率高，使電路中電壓/電流波形的快瞬變化，產(chǎn)生電磁輻射干擾;

元件布局和PCB布線難度較大;

輸出電壓紋波比較大;

電路復(fù)雜，成本高。

4、降壓型斬波電路的常規(guī)角度分析

時(shí)域分析方法

下面按著電容充放電和電感充放電進(jìn)行時(shí)域分析。時(shí)域分析的過(guò)程是按著輸入電壓的高與低，分析電路里電容電壓和電感電流的變化過(guò)程。這個(gè)分析過(guò)程可以按著大多課本上面所講述的過(guò)程分析，從CCM模式到DCM 模式。

（1）CCM 模式當(dāng)輸入電壓為 Vin 時(shí)，電感電流增加，電流小于輸出負(fù)載電流iL，此時(shí)的負(fù)載電流由電感和電容同時(shí)提供。當(dāng)電流逐漸增加到大于輸出的平均電流的時(shí)候，電感電流為負(fù)載和電容提供能量。當(dāng)輸入為0，即開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感電流下降，此時(shí)電流依然大于輸出平均值，電容電壓延續(xù)上述上升的趨勢(shì)，直至電感電流小于輸出平均電流，電容開(kāi)始放電，完成一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的循環(huán)過(guò)程。具體的波形如下：

（2）DCM模式在 DCM 模式下，電感的電流在開(kāi)關(guān)管管斷后的一段時(shí)間后逐漸減為零，此時(shí)的等效輸入電壓為輸出電壓值，具體的波形如圖4 所示。

在 CCM 模式下，電壓的輸出值與輸入值之間是正比關(guān)系，比例系數(shù)為占空比D。在DCM 的模式下電壓會(huì)被抬升，具體的關(guān)系和電路的參數(shù)、開(kāi)關(guān)頻率以及占空比相關(guān)。具體的推導(dǎo)關(guān)系為：

其中

根據(jù)此公式可以看出，當(dāng)電路輸出開(kāi)路，即電阻無(wú)窮大的時(shí)候，輸入等于輸出。