BUCK & BOOST 基本原理介紹

關鍵字 :buck boost 基本電路

本篇文章給簡單介紹下 BUCK & BOOST 電路的基本原理，通過這篇文章可以讓大家初步理解為什麼這些電路能降壓和升壓。

一、BUCK 電路

BUCK 電路的作用是輸出一個比輸入電壓 Vin 低的電壓 Vout ，即 Vin>Vout，是一個降壓電路。

（1）BUCK 基本電路

首先看一下 BUCK 的基本電路，可以看到由最基本的元件組成：MOS 管，電感，電容，二極體和電阻；

這些元件這裡簡單介紹一下電路中元件的主要作用：

MOS 管：開關作用，閉合與斷開能控制電流流通

二極體：單嚮導通

電感：阻礙電流變化，儲存能量

電容：儲存能量，防止電壓突變

電阻：消耗能量，實際是負載

MOS 管的 G 極輸入一定頻率的 PWM 方波，高電平打開 MOS ，即開關閉合，反之亦然。

（2）工作過程分析

接下來對工作過程進行分析（以下過程基於輸入輸出穩定情況下分析）:

MOS 管導通：

電感充電，電容充電, 電感消耗了 Vin 一部分能量，所以 Vin - 電感 = Vout ，從而實現降壓；

MOS 管斷開：

電感電流慢慢減少，電感極性反轉，電感和電容之間的能量被傳遞到負載上，維持 Vout電壓

（3）公式解析

BUCK 電路的有個基本公式：Vout = Vin * Duty，（這裡忽略二極體壓降）註：Duty 是 MOS 管的 PWM 占空比，即一個 PWM 周期內高電平所占時間。

這個公式表達的意思是Vout 隨著 MOS 管開通時間變長而變大，這篇文章不介紹公式理論推導，我們從電感特性來理解這個公式：

為什麼需要使用 PWM 來控制 MOS 開關

剛接觸 BUCK 基本電路，就會產生疑問，MOS 管那裡為什麼會有 PWM ？我們知道，電感是阻礙電流變化的，但是並不會阻止電流，在電流流向不變的情況下，經過一段時間之後電感在電路中就相當於一根導線，

如下圖：

這個時候 Vin = Vout，BUCK 電路的作用是為了降壓，由此可以看出，如果不去控制這個 MOS 閉合的時間，那麼就不能實現降壓，所以 MOS 管閉合一定時間後就要斷開；但是斷開之後只有電感和電容續流，總有耗盡的時刻，所以也不能一直斷開，斷開一定時間又需要閉合，周而復始，所以就有了 PWM 控制 MOS 管的開關

為什麼 MOS 管閉合時間影響了 Vout

我們知道，電感在一開始的時候阻礙電流的力度是最強的，隨時間加長阻礙電流的能力就越來越弱，最後消失（前提是電流流向不變），如果我們把電感當作一個可變電阻，開始電阻阻值很大，後面阻值變小，根據歐姆定律，串聯電路中電流相等，阻值越大，分到的電壓就越多；對應到電感的話，電感一開始分到的電壓多，負載端分到的電壓就越少，隨著時間變長，那麼可變電阻阻值降低，說明電感的電壓變壓變小了，負載電壓就變大了；從這可以看出，MOS 管閉合時間越短，那麼 Vout 就越小；MOS 管閉合時間越長，Vout 就越大，越接近 Vin；這就是 BUCK 電路為什麼能降壓的原因。

二、BOOST 電路

BOOST 電路的作用是輸出一個比輸入電壓 Vin 高的電壓 Vout ，即 Vin<Vout，是一個升壓電路。

（1）BOOST 基本電路

可以看到 BOOST 同樣也是由最基本的元件組成：MOS 管，電感，電容，二極體和電阻，值得注意的是，它與 BUCK 電路的區別在於元件位置的不同