DC-DC BUCK电路 - 技术栈

名称	作用
Buck	降压
Boost	升压
Buck-Boost	可升可降

Buck 最重要的公式

理想情况下，Buck 输出电压大约满足：

Vout=D×Vin

其中 D 是 PWM 占空比。

比如：

Vin=12V

想得到：

Vout=6V

那么理想占空比：

D=126=0.5

也就是约 50%。

如果 12V 降到 3V：

D=123=25%

所以你可以把 Buck 理解成：

通过控制开关导通时间比例，控制平均输出电压。

实际芯片会有反馈控制，并不是简单固定占空比。

Buck 原理图

重点找四个东西：

① SW 节点

开关节点，波形变化非常快。

② 电感 L

一般紧靠芯片的 SW 引脚。

③ 输入电容 Cin

尽量靠近：

复制代码

VIN
GND

④ 输出电容 Cout

放在电感输出端附近。

Buck 的 PCB 布局尤其重要。

因为高速开关环路如果面积太大，会产生很强 EMI。

Buck的拓扑结构

1、当Q1导通，Q2关闭，SW端电压为输入电压VIN，VIN给电感L1充电，电感电流增加，VIN=VL+VOUT，此时电感电压左正右负。电流方向为图示蓝色回路。

2、当Q1关闭，Q2打开，由于电感电流不能突变，电流按照下图红线路径形成回路，给负载供电，此时电感电流下降。电感电压左负右正。

VIN*D=VOUT

同步整流buck和异步整流Buck

异步整流Buck，续流回路中采用的是二极管，具有单向导电性，不需要外加电路控制其通断，因此它只有一个mos管（或者说开关管）需要用电路控制，也就不用去强调同步控制二极管，即可以理解为非同步。

同步整流型Buck。同步Buck在电路中续流回路中使用的也是MOS 管（Q2），即上下管都是MOS管，因为MOS管本身是需要外部控制的元器件，整流过程中必须根据电源的开关时序同步控制Q1与Q2，所以该电路理解为同步。

同步和异步的区别从外部来看是同步的没有续流二极管。BUCK的输出电流是分成两个部分的，一个部分是来自电源，一个部分是来自异步电路中的这个二极管，同步电路把这个二极管用一个内置的MOSFET给替代了，但是这个MOSFET的开和关需要芯片内部额外的控制电路来保持和开关MOSFET的相位关系。

推导公式

我们推导公式，是为了选型，选择输入滤波电容，输出滤波电容，电感。

那么先把已知条件列出来

首先是输入电压Vi，输出电压Vo，输出电流Vo/R，咱总得知道自己想要什么吧，所以这些在设计之初都是已知的。

其次是开关频率f，这个在芯片选型之后就是确定的了。

再然后就是设计的目标，输入纹波大小△Vi，输出纹波大小△Vo。

你现在学 Buck，我建议暂时不要一下子背文章里所有公式。先真正掌握下面这条"公式树"：

VL=Ldtdi

↓

稳态时：

∫0TVLdt=0

↓

Buck：

(Vin−Vo)Ton=VoToff

↓

Vo=DVin

↓

再推出：

ΔIL=Lf(Vin−Vo)D

↓

最后再用：

Q=CΔV

推出输出电容纹波。

为什么 Buck 比 LDO 效率高？

例如：

复制代码

12V → 5V
负载 1A

如果用 LDO：

Ploss=(12−5)×1=7W

损耗非常大。

输出功率才：

5×1=5W

LDO 自己却消耗 7W，发热会非常严重。

Buck 假设效率 90%：

输出功率：

Pout=5W

输入功率：

Pin≈0.95=5.56W

损耗只有：

0.56W

所以遇到：

高压差 + 大电流

一般优先考虑 Buck。

Buck 的缺点是什么？

既然这么好，为什么还需要 LDO？

因为 Buck 是高速开关：

复制代码

MOS ON
MOS OFF
MOS ON
MOS OFF

会带来：

开关噪声
电压纹波
EMI
PCB 布局要求较高
外围器件更多

而 LDO：

简单
噪声低
输出比较干净

所以实际产品中经常：

复制代码

12V
 ↓
Buck
 ↓
5V
 ↓
LDO
 ↓
3.3V

Buck 负责：

高效率大幅降压。

LDO 负责：

最后一级低噪声稳压。

Buck 是一种降压型 DC-DC 开关变换器，通过 MOSFET 高频开关控制输入能量，再利用电感储能和平滑电流、电容平滑输出电压，将较高的直流电压转换为较低的直流电压。理想连续导通情况下，输出电压大约等于输入电压乘以占空比。相比 LDO，Buck 在输入输出压差大或者负载电流较大时效率更高，但开关噪声和 PCB 布局要求也更高。

LDO 是"把多余电压变成热"，Buck 是"通过高速开关 + 电感 + 电容，高效率地把电压降下来"