【开关电源】Buck变换器工作原理图文-KIA MOS管
Buck变换器工作原理
先来看一下 Buck变换器的工作原理，典型 Buck变换器的原理图和关键波形如图 1 所示，图中标明各点的开关波形，用于后续计算。
图 典型 Buck变换器的原理图和关键波形
Buck变换器的主要功能是把一个较高的直流输入电压转换成较低的直流输出电压。为了达到这个要求，MOSFET 以固定频率(fS)，在脉宽调制信号(PWM)的控制下进行开、关操作。
当 MOSFET 导通时，输入电压给电感和电容(L 和 COUT)充电，通过它们把能量传递给负载。在此期间，电感电流线性上升，电流回路如回路 1 所示。
当 MOSFET 断开时，输入电压断开与电感的连接，电感和输出电容为负载供电。电感电流线性下降，电流流过二极管，电流回路如回路 2 所示。
MOSFET 的导通时间定义为 PWM 信号的占空比(D)。D 把每个开关周期分成[D * tS]和[(1 – D) * tS]两部分，它们分别对应于 MOSFET 的导通时间(环路 1)和二极管的导通时间(环路 2)。所有开关电源拓扑(升压、降压、反相等)都采用这种方式划分开关周期，实现电压转换。
对于降压转换电路，较大的占空比将向负载传输较多的能量，平均输出电压增加。相反，占空比较低时，平均输出电压也会降低。根据这个关系，可以得到以下理想情况下(不考虑二极管或 MOSFET 的压降)降压型开关电源的转换公式：
上述公式也就是 buck变换器的传递函数
需要注意的是，任何开关电源在一个开关周期内处于某个状态的时间越长，那么它在这个状态所造成的损耗也越大。对于降压型转换器，D 越低(相应的 VOUT越低)，回路 2 产生的损耗也大。
另外，图 1 (以及其它绝大多数 DC-DC 转换器拓扑)中的MOSFET 和二极管是造成功耗的主要因素，相关损耗主要包括两部分：传导损耗和开关损耗。
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