【開關電源】Buck變換器工作原理圖文-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-07-07
先來看一下 Buck變換器的工作原理，典型 Buck變換器的原理圖和關鍵波形如圖 1 所示，圖中標明各點的開關波形，用于后續計算。
圖 典型 Buck變換器的原理圖和關鍵波形
Buck變換器的主要功能是把一個較高的直流輸入電壓轉換成較低的直流輸出電壓。為了達到這個要求，MOSFET 以固定頻率(fS)，在脈寬調制信號(PWM)的控制下進行開、關操作。
當 MOSFET 導通時，輸入電壓給電感和電容(L 和 COUT)充電，通過它們把能量傳遞給負載。在此期間，電感電流線性上升，電流回路如回路 1 所示。
當 MOSFET 斷開時，輸入電壓斷開與電感的連接，電感和輸出電容為負載供電。電感電流線性下降，電流流過二極管，電流回路如回路 2 所示。
MOSFET 的導通時間定義為 PWM 信號的占空比(D)。D 把每個開關周期分成[D * tS]和[(1 – D) * tS]兩部分，它們分別對應于 MOSFET 的導通時間(環路 1)和二極管的導通時間(環路 2)。所有開關電源拓撲(升壓、降壓、反相等)都采用這種方式劃分開關周期，實現電壓轉換。
對于降壓轉換電路，較大的占空比將向負載傳輸較多的能量，平均輸出電壓增加。相反，占空比較低時，平均輸出電壓也會降低。根據這個關系，可以得到以下理想情況下(不考慮二極管或 MOSFET 的壓降)降壓型開關電源的轉換公式：
上述公式也就是 buck變換器的傳遞函數
需要注意的是，任何開關電源在一個開關周期內處于某個狀態的時間越長，那么它在這個狀態所造成的損耗也越大。對于降壓型轉換器，D 越低(相應的 VOUT越低)，回路 2 產生的損耗也大。
另外，圖 1 (以及其它絕大多數 DC-DC 轉換器拓撲)中的MOSFET 和二極管是造成功耗的主要因素，相關損耗主要包括兩部分：傳導損耗和開關損耗。
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