BUCK降压电路分析：MOS管导通和断开
出处：网络整理 发布于：2026-05-15 13:51:08 | 41 次阅读
BUCK 电路和 BOOST 电路在器件使用上极为相似，若深入理解了 BOOST 电路的升压原理，那么 BUCK 电路的降压原理也就不难掌握了。接下来，我们将对 BUCK 电路进行较为深入的讲解。
如上图所示为简单的 BUCK 电路图。该电路主要由电源、开关管、电感、二极管、电容以及负载电阻等器件构成。其中，开关管可选用 MOS 管，当然三极管也是可行的选择。MOS 管的源极连接 PWM 波，PWM 波的高低变化精准控制着 MOS 管的导通与断开。
电感在电路中扮演着重要角色，它能够实现电能与磁能的相互转换。一方面，它可以将电能转换为磁能存储起来；另一方面，又能将磁能转换为电能进行释放。在整个电路运行过程中，有两点需要特别注意：其一，电感在储能与释放能量时，其极性会发生反向；其二，根据电感公式 Ldi/dt = U 可知，电感电流不能突变，只能线性放大和减小。
电容具有储能与释放能量的特性，与电感不同的是，其极性不会发生变化。当外部电压大于电容电压时，电容进行充电；当外部电压小于电容电压时，电容开始放电。
二极管具有单向导通、反向截止的特性。在部分电路中，会将此二极管改为 MOS 管，这种电路被称为同步 BUCK 电路，而我们此次重点讲解的是异步 BUCK 电路。
为了更清晰地阐述电路工作原理，我们将其分为两个阶段进行分析。下面以理想状态为例，对电路展开详细分析。
当 MOS 管导通时，电流流向如图所示。此时，电源 V1 为整个电路供电，电感 L1 将电能转换为磁能进行储能，其极性表现为左端正极，右端负极。在此阶段，电容开始充电，电路输出电压为 UO1，电感两端的压差等于 V1 - UO1。
当 MOS 管断开时，电流流向如图所示。此时，电感相当于电池对外放电。由于电感电流不能突变，流经电感的电流流向不变，但极性发生变化，表现为左负右正。此时，二极管起到了续流的作用，输出电压为 UO2，且 UO1 = UO2。
当开关闭合与断开的瞬间，电感极性会发生偏转，此时负载由电容供电。根据电感的秒伏定理可知：UO2（1 - D）T = （V1 - UO1）DT，经过简化可得：UO1 (1 - D) = （V1 - UO1）D，进一步推导得出 UO1 = DV1。因为 D 永远小于 1，所以 UO1 永远小于输入电压 V1。
为了更好地理解 BUCK 电路，我们可以这样设想：假设我们希望获得指定的输出电压 Uo。当 MOS 管闭合时，由于电感电流不能突变，其右端电势只能随着电源供电储能而逐渐升高，从 0V 开始，当升高至 Uo 以上时，MOS 管瞬间断开，从而停止输出电压的继续升高，此时输出电压略高于设定值。当 MOS 管断开后，电感开始释放能量，当右端输出电压低于 Uo 时，MOS 管瞬间再次闭合，阻止输出电压的继续下降。通过这样来回反复的循环，使得输出电压始终保持在 Uo 上下轻微波动，这种波动的压差就是我们常说的纹波值。我们可以通过调整输出电容的参数来降低纹波，从而保持输出电压的稳定。
如上图所示为简单的 BUCK 电路图。该电路主要由电源、开关管、电感、二极管、电容以及负载电阻等器件构成。其中，开关管可选用 MOS 管，当然三极管也是可行的选择。MOS 管的源极连接 PWM 波，PWM 波的高低变化精准控制着 MOS 管的导通与断开。电感在电路中扮演着重要角色，它能够实现电能与磁能的相互转换。一方面，它可以将电能转换为磁能存储起来；另一方面，又能将磁能转换为电能进行释放。在整个电路运行过程中，有两点需要特别注意：其一，电感在储能与释放能量时，其极性会发生反向；其二，根据电感公式 Ldi/dt = U 可知，电感电流不能突变，只能线性放大和减小。
电容具有储能与释放能量的特性，与电感不同的是，其极性不会发生变化。当外部电压大于电容电压时，电容进行充电；当外部电压小于电容电压时，电容开始放电。
二极管具有单向导通、反向截止的特性。在部分电路中，会将此二极管改为 MOS 管，这种电路被称为同步 BUCK 电路，而我们此次重点讲解的是异步 BUCK 电路。
为了更清晰地阐述电路工作原理，我们将其分为两个阶段进行分析。下面以理想状态为例，对电路展开详细分析。
当 MOS 管导通时，电流流向如图所示。此时，电源 V1 为整个电路供电，电感 L1 将电能转换为磁能进行储能，其极性表现为左端正极，右端负极。在此阶段，电容开始充电，电路输出电压为 UO1，电感两端的压差等于 V1 - UO1。 当 MOS 管断开时，电流流向如图所示。此时，电感相当于电池对外放电。由于电感电流不能突变，流经电感的电流流向不变，但极性发生变化，表现为左负右正。此时，二极管起到了续流的作用，输出电压为 UO2，且 UO1 = UO2。当开关闭合与断开的瞬间，电感极性会发生偏转，此时负载由电容供电。根据电感的秒伏定理可知：UO2（1 - D）T = （V1 - UO1）DT，经过简化可得：UO1 (1 - D) = （V1 - UO1）D，进一步推导得出 UO1 = DV1。因为 D 永远小于 1，所以 UO1 永远小于输入电压 V1。
为了更好地理解 BUCK 电路，我们可以这样设想：假设我们希望获得指定的输出电压 Uo。当 MOS 管闭合时，由于电感电流不能突变，其右端电势只能随着电源供电储能而逐渐升高，从 0V 开始，当升高至 Uo 以上时，MOS 管瞬间断开，从而停止输出电压的继续升高，此时输出电压略高于设定值。当 MOS 管断开后，电感开始释放能量，当右端输出电压低于 Uo 时，MOS 管瞬间再次闭合，阻止输出电压的继续下降。通过这样来回反复的循环，使得输出电压始终保持在 Uo 上下轻微波动，这种波动的压差就是我们常说的纹波值。我们可以通过调整输出电容的参数来降低纹波，从而保持输出电压的稳定。
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