Buck的由來

電力電子的發展史我不想多說，經過幾十年的發展由最初的線性電源低效率、大體積到目前的高頻、小體積和高效率。下面將介紹三種最基本的拓撲之一Buck變換器是如何演變過來的。

學過電子的應該都知道，如何從一個電壓(高)得到自己想要的電壓值(低)，可能最簡單的方式就是通過電阻分壓，如下面的方式。

這種方式最方便快捷，現在一般的電壓采樣基本采用這種方式，但是如果功率稍微大一點呢？由于R1和R2是串聯的，所以在R1上的損耗不可忽視，如果所要的電壓值遠低于輸入電壓，那么該電路的效率就會極其低下。對該電路嘗試進行變形，將R1更換為三極管，也就是現在的LDO模型，如下：

通過變型，那么原來在R1上的損耗轉移到三極管Q1上面去了，由于Q1承受輸入和輸出的壓差，所以該電路的效率也比較低下。為了提升效率，之前三極管是工作在線性狀態，是否可以更改為開關狀態呢？這樣三極管就只有開關損耗和導通損耗，那么損耗就會大大的降低。可以更改為如下電路：

該電路工作周期時間為Ts，導通時間為Ton，那么占空比就是D=Ton/Ts，但是這樣輸出電壓與開關狀態高度關聯，S1導通時有輸出電壓，S1關斷時沒有輸出電壓，但是輸出負載總是需要連續的能量供給，這對于輸出端負載是不可接受的。這就需要進行解耦，在變換器一定位置引入儲能元器件電容，這樣在即使在輸入端S1斷開的情況下，輸出端電容也可以進行持續的能量輸出，保證輸出電壓的穩定。

如果這樣做，大家有沒有看出會帶來什么樣的效果？由于電容兩端的電壓不能突變，當S1閉合的時候，那么會在線路中產生一個非常大的沖擊電流，它不僅導致噪聲和EMI問題，這個時候S1可能會被損壞。所以需要對其進行限流，如下：

加入R2限流電阻后，在S1閉合瞬間就沒有那么大的沖擊電流了，但是由于R2是串聯在主功率回路中，電阻就會消耗功率，這樣，在開關上減小的功耗最終可能又消耗在所加的電阻上。因此，為了最大限度的提高效率，可以將R2變換為電抗元件，從原理上來說，電抗原件僅存儲能量不消耗能量，大家知道，電感兩端的電流不能突變，所以在開關S1閉合的時候，電感可以很好的抑制沖擊電流而不消耗能量。如下：

這樣解決了S1閉合時由于C1的作用引起的浪涌沖擊電流，但是當S1斷開的時候呢？剛才有提到，電感兩端的電流不能突變，當S1突然斷開，就相當于電感的電流產生了突變，由于沒有續流的回路，那么電感存儲的能量就會以“拉弧”的方式消耗，這樣就會產生一個非常大的電壓尖峰。所以，為了給電感L1提供一個續流路徑，需要增加一個續流二極管，如下：

這樣，當S1突然斷開，L1的能量就會通過二極管進行續流，所以我們也叫續流二極管。當然，為了提升效率，可以將續流二極管更換為MOSFET，如下：

這樣一個同步Buck變換器就產生了。可以將電感在不同的位置放置變換為不同的拓撲結構，放在輸入端就是Boost變換器，放在下面就是Buck-boost變換器。所以，基本的變換器其實就只有這三種，其他很多拓撲結構都是這三種基本變換器的演變。

比如正激就是Buck的隔離版本，反激就是Buck-boost的隔離版本。

編輯：黃飛

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