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原文来自原创畅销书籍《硬件设计指南 从器件认知到手机基带设计》：
在电子电路中，电源一般分为两类，一类是线性电源，一类是开关电源。线性电源具有电路简单、面积小、噪声小等优点。开关电源虽然噪声大、面积大，但是具有效率高和热损小等优点被广泛应用。 开关电源还可以细分为降压型、升压型和升降压几类。也可按照隔离、非隔离，或者同步、非同步再进一步细分。在手机、电脑等消费电子领域，降压型BUCK电源应用非常广泛，是电源工程师的入门课。 公众号[工程师看海]，后台回复关键词：buck仿真文件，获取仿真文件 图2-1 (a)是DC-DC BUCK降压电源的原理图，如果不搞懂BUCK的原理而只按照官方参考原理图来设计的话，可能不会得到一个优秀可靠的电源，我们一定要以一个更深入的角度看待问题，只有这样，个人能力才会有提高。 (b)是芯片内部的功能框图，我们可以看到有两个MOS Q1和Q2，这种有两个控制MOS的BUCK被称为同步BUCK，异步BUCK中使用二极管代替Q2，把图中的开关部分和外围电感提取出来就构成了图2-2 的经典的异步BUCK拓扑图，图2-2 中的S对应图2-1 的Q1，图2-2 中的D对应图2-1 中的Q2。
图2-1BUCK原理图与内部框图 下面就介绍降压型BUCK电路的基本工作原理，并进行原理仿真。为了把我们的主要精力放在理解BUCK原理上，我们选择非同步BUCK进行开环分析，也就是电路中只有一个开关管，由二极管对电感进行续流放电，见图2-2 ，简约的东西经过组合往往会迸发出不可思议的结果，BUCK就是这样的电路。
图2-2BUCK电源拓扑 图2-2 中，当开关S导通时，SW电压为高电压，等于Vin，Vin给电感L充电，流过电感L的电流逐渐增加，充电电流路径如图中虚线箭头所示，电感电流充电波形见图2-3 ，SW高电平时电感处于充电状态。 当开关S断开时，SW为低电平，电感L通过负载和二极管D放电，电感L的电流逐渐减小，放电电流路径见图2-2 实线箭头部分，电感放电波形见图2-3 。 BUCK的基本工作过程就是对电感充放电的过程。 这里有个小说明，在同步BUCK中D会被开关代替，以提高效率。在S断开时，SW位置的电压是0，但是本章中使用的是续流二极管，则在S断开时，SW其实是有一部分的负电压的，差不多是-0.7V，这个问题在2.5.1节会有详细介绍。
图2-3BUCK开关节点电压波形和电感电流波形 下面推导BUCK输入、输出电压的计算关系，我们先不用管什么伏秒特性，只看最基本、最本质、与电感有关的公式：
V是电感两端的电压，L是电感量，△I是电感两端电流的变化量，△t是经过的时间，将公式(2-1)变换得到公式(2-2)：
在BUCK建立稳态后，一个开关周期内，电感充、放电的电流是相等的，T*D是充电的时间，T*(1-D)是放电的时间（T为开关周期；D为占空比，就是开关（上管）导通的时间占整个开关周期的百分比），在稳态时电感充放电是相等的，可得到公式(2-3):
在充电时可得到公式(2-4)，充电时电感两端的电压等于Vin-Vout，
同样的道理，可以计算得到放电过程电感电流的变化量：
联立2-3、2-4、2-5整理得到：
非常简单的计算过程，一点也不复杂。从公式(2-6)可以看出，由于D是小于1的数，因此输出Vo是小于输入Vi的，因此BUCK是降压电源。 |
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