详解BUCK电路工作原理

一、Buck电路原理图

Buck电路，又称降压电路，其基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的，输出电流为连续的。

二、Buck电路工作原理

1、基本工作原理分析

当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容C1充电，给负载R1提供能量。等效电路如图二

当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持，等效电路如图三

三、Buck电路的三种工作模式：CCM，BCM，DCM

1、CCM (ContinuousConduction Mode),连续导通模式：在一个开关周期内，电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通从不回到0，功率管闭合时，线圈中还有电流流过。

2、DCM，(Discontinuous Conduction Mode)非连续导通模式：在开关周期内，电感电流总会会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率开关闭合时，电感电流为零。

3、BCM（Boundary Conduction Mode），边界或边界线导通模式：控制器监控电感电流，一旦检测到电流等于0，功率开关立即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感值电流高，而截至斜坡相当平，则开关周期延长，因此，BCM变化器是可变频率系统。BCM变换器可以称为临界导通模式或CRM（Critical Conduction Mode）。

BCM

1、CCM Mode：关键点波形

负载电流IO与电感电流的关系，在一个周期内进行分析，负载电流即为在一个周期内电流的平均值。电流的平均值在数学上的表达式为：

即在一个周期内电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期，为电流的平均值。参照图四电感电流波形，一个周期内面积为

BCM  Mode：关键点波形

可以得知电感最小电流逐渐减小到零时，工作模式也逐渐从CCM进入BCM。根据伏秒积平衡 ：

DCM  Mode：关键点波形

电路系统工作在DCM模式下，需要满足两个条件，一、电感充磁开始以及消磁结束时流经电感的电流为零；二、电感消磁时间小于开关管关断时间。根据伏秒积平衡有：

同样，在一个周期对电感电流进行分析：

四、外围器件参数对系统工作模式的影响

五、BUCK电路仿真验证

2、CCM模式仿真验证：在上述BCM分析的基础上，得出储能电感的电感量80uH为临界点，由系统工作在CCM的条件，可以将储能电感电感量设置为120uH,理论计算：

参照图九，可以得出仿真结果，

审核编辑：刘清