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buck電路基本結構

所謂buck電路，其實是一種降壓斬波器，降壓變換器輸出平均值U0總是小于輸出電壓UD通常電感中的電流是否連續，取決于開關頻率、濾波電感L和電容C的數值。
　
圖1 主buck電路圖

圖中，S為開關管，其驅動電壓一般為PWM(Pulse width modulatiON脈寬調制)信號，信號周期為Ts，則信號頻率為f=1/Ts，導通時間為Ton，關斷時間為Toff，則周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。

等效的buck電路模型及基本規律


圖2buck電路等效電路

（1）從電路可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，此濾 波器設計 的原則是使 us(t)的直流分量可以通過，而抑制 us(t) 的諧波分量通過；電容上輸出電壓 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小紋波uripple(t) 。

（2）電路工作頻率很高，一個開關周期內電容充 放電引起的紋波uripple(t) 很小，相對于電容上輸出的直流電壓Uo有：
　　
電容上電壓宏觀上可以看作恒定。 電路穩態工作時，輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成，宏觀上可以看作是恒定直流，這就是開關電路穩態分析中的小紋波近似原理。

（3）一個周期內電容充電電荷高于放電電荷時，電容電壓升 高，導致后面周期內充電電荷減小、放電電荷增加，使電容電壓上升速度減慢，這種過程的延續直至達到充放電平衡，此時電壓維持不變；反之，如果一個周期內放 電電荷高于充電電荷，將導致后面周期內充電電荷增加、放電電荷減小，使電容電壓下降速度減慢，這種過程的延續直至達到充放電平衡，最終維持電壓不變。這種過程是電容上電壓調整的過渡過程，在電路穩態工作時，電路達到穩定平衡，電容上充放電也達到平衡，這是電路穩態工作時的一個普遍規律。

（4）開關S置于1位時，電感電流增加，電感儲能；而當開關S置于2位時，電感電流減小，電感釋能。假定電流增加量大于電流減小量，則一個開關周期內電感上磁鏈增量為： 　
　　
此增量將產生一個平均感應電勢：

此電勢將減小電感電流的上升速度并同時降低電感電流的下降速度，最終將導致一個周期內電感電流平均增量為零；一個開關周期內電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。這種在穩態狀況下一個周期內電感電流平均增量（磁鏈平均增量）為零的現象稱為：電感伏秒平衡。這也是電力電子電路穩態運行時的又一個普遍規律。

圖3buck電路各點波形
 

如一般書上說的，Buck電路的CCM模式波形猶如鋸齒波，每個周期分為上升段和下降段。上升段的斜率為（Vin-Vo）/L，Vin為輸入電壓，Vo為輸出電壓，L為濾波電感。實際上即使是理論上Vo也是波動的，但是紋波電壓甚小，可以把它忽略。下降時的斜率，一本書上給的是（Vo+1）/L，其中1是續流二極管的壓降，顯然這個值比較粗略，還易產生歧義，可以改為（Vo+Vdiode）/L。

在穩態時，電流在上升階段增加多少，在下降階段就要減少多少，回到出發點，保持均值電流不變，這是它作為電源輸出的電流。負載的大小，表現為此均值電流的大小，負載的改變，即均值電流大小的改變。如果不關心均值電流的大小，則在穩態的時候，Buck的波形總是一樣的。