| 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:
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:
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:
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:
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"