BUCK降压转换器原理与元器件选型详解

降压转换器，也称为DC-DC Buck转换器，是一种广泛应用的电子设备，用于将一个直流电压源的电压降低到另一个电压等级，以满足不同负载的需求。其核心工作原理基于开关电源技术，主要包括两个主要阶段：电感的充电和放电。 在BUCK结构中（如图1所示），工作过程分为两个步骤：当开关打开（如图1左部），输入电压V1通过开关向电感L充电，电感电流线性增加；当开关关闭（如图1右部），二极管D导通，电感中的存储能量通过二极管放电，输出电压V2相对较高。为了维持电流连续，电感器两端的电压会在短时间内调整，确保负载（包括电感和电容的总电流）稳定。 电感的选择至关重要，因为它的参数会影响转换器的性能。计算电感值时，需要考虑以下因素（如图5所示）： 1. 占空比（Duty Cycle）：与开关频率（fSW）共同决定电感的能量存储时间。 2. 纹波电流（Iripple）：反映了输出电压的波动程度，KIND系数（如0.3或0.2）用于调整电感值以限制纹波。 3. 饱和电流（ISat）：电感在电流达到一定峰值时，由于磁饱和现象，电感值会下降，需选择能承受这一峰值的电感。 4. 均方根电流（IRMS）：考虑电感元件因ESR（等效串联电阻）引起的温升，IRMS是设计时的一个重要参考指标。 在实际应用中，电阻R5和R6的选择与输出电压Vout和参考电压Vref有关，可以通过公式计算出所需的电阻值。而电容的选择则需要考虑输出电压的稳定性，尤其是当采用ESR较高的电解电容时，可能需要额外的考量。 周边电路的选型还包括对元器件的耐压、功率处理能力和散热能力的要求，以及对电磁兼容性的考虑。降压转换器的设计是一个综合性的过程，涉及电学、热管理和电路理论等多个方面，确保了系统能在各种工作条件下高效、稳定地运行。