开关电源小课堂 （3）—— BUCK

      下图是一个基本的非同步BUCK电路拓扑结构，对于非同步的结构有一个MOS开关。原理大致类似，先用这个非同步(non-synchronous)结构来入门一下原理。

      对于开关Q1，当Q1导通的时候，电感L1的电路环路是蓝色圈，当Q1断开的时候，D1成了L1续流路径，也就是红色的圈。电感的电流是不可以瞬态突变，因此提供D1作为开关Q1断开时候的电感续流路径也是必须的，不然就会发生感应电压的尖峰。同时在整个开关周期中，Q1有电流流过的时候，D1肯定没有电流流过，反之亦然。

      整个开关电源的工作过程就是两个电流环交替通断的过程，这样电感上的电流也会一会上升一会下降，但是总体的变化量保持相等。电感两端的电压和电流如下图所示，Vo是输出电压，Vin是输入电压，Vf是二极管的导通压降。这个Vmax和Vmin的值用KVL的原理即可得到。这里的电感电流达到了伏秒积的平衡，即电感上电流的增加量和减少量是相等的。但是这还是要归功于输出电容Co的存在，是Co使得高低变化的电感电流在电容处形成了一个稳态直流电压Vo，同时防止电感电流会根据不同的开关频率而导致阶梯上升不稳定的状态。

      伏秒积是什么？

      电感两端电压V=L*di/dt，那么delta V/L=delta I/delta t => delta I * L= delta V * delta t。这里的V*t就是伏秒积了，可见从上图看，在t1和t2时间内，电感上电流的变化量是相等的，所以伏秒积就是相等的。Vmax*t1=Vmin*t2

      那么Vo和Vin的关系，也就是从上面的伏秒积相等中推得：

Von*Ton=Voff*Toff => (Vin-Vo)*t1= Vo*t2  , t1+t2=T , 同时伏秒积考虑为标量，所以Voff把负号扔掉，Vf二极管压降忽略。   t1是开关导通的时间Ton， t2就是开关断开的时间Toff，  T就是开关周期。

      最后就可以得到Vo=D*Vin, D就是占空比。

      而对应的MOS开关和二极管的电流就是如下图所示，分别对应电感电流的一半，根据开关通断的情况，也应该是如此。

图文转自公众号：电子工程师那些事儿