Buck电路工作原理详解：从电源到电感电流分析

"主板电源类型-BUCK_电源工作原理" BUCK电源，也称为降压转换器，是电源管理领域中常见的一种直流-直流（DC-DC）转换器，主要功能是将高电压转换为低电压，同时能保持稳定的输出。这种类型的电源广泛应用于主板、电子设备以及各种电源系统中，尤其是需要从高电压源获取低电压供内部电路使用的场合。 Buck电路的工作原理基于开关电源的拓扑结构，其基本组件包括开关晶体管（S）、电感（L）、输出电容（C）和二极管（D）。电路的工作过程可以分为两个阶段：开关管导通和关断。 1. 开关管导通（ON）时，输入电压Vin通过开关管和电感对电感进行充电，电感电流DeltaILon=(Vin-Vo)*Ton/L增加，其中Ton是开关管导通的时间，L是电感值。 2. 当开关管关断（OFF）后，电感释放储存的能量给负载和输出电容，电感电流DeltaILoff=Vo*Toff/L减小，Toff是开关管关断的时间。 3. 输出电容的主要作用是平滑输出电压，其电流波形由电感电流决定。为了降低输出电压的纹波，通常会选择具有大纹波电流能力和低等效串联电阻（ESR）的电容，并行连接多个小容量电容以实现更佳效果。 4. BUCK电源根据负载条件，可能工作在连续电流模式（CCM）或断续电流模式（DCM）： - CCM模式下，电感电流在整个开关周期内始终保持连续，功率计算公式为Po=1/2*L*(IL1^2-IL2^2)，负载变化时，电感电流IL会改变，但纹波电流不变。 - DCM模式下，电感在一个周期内有一段时间电流为零，功率计算公式为Po=1/2*L*IL2=V0^2/R，此时负载电流IL的计算公式为IL=sqrt(2*Vo^2/LR)。 5. 在CCM模式下，电感电流的纹波成分不会因负载变化而变化，而在DCM模式下，由于电感电流在某些时刻归零，纹波成分会随着负载的变化而变化。 6. CCM和DCM模式下的电感电流波形不同，CCM模式下电流连续，而DCM模式下电流在一段时间内为零，这决定了两种模式下的效率和稳定性特性。 理解Buck电路的工作原理对于设计和优化电源系统至关重要，它不仅关乎到电源的效率，还直接影响到系统的稳定性和负载调节能力。在实际应用中，通过精确控制开关管的占空比D，可以调整输出电压Vo，以满足不同负载的需求。同时，选择合适的电感值、电容值和开关频率，可以进一步优化电源性能。