BUCK电路是一种广泛应用于电源转换领域的电路拓扑结构，主要用于将输入电压转换为较低的输出电压。其核心原理是通过开关管（如MOSFET）控制电感的储能和释放，结合电感和电容的配合实现电压调节。以下是具体分析：
一、基本工作原理
能量转换过程 - 导通阶段：
开关管导通时，输入电压$V_{in}$通过电感$L$储存能量，同时给输出电容$C_f$充电。此时电感电流线性增加，电感两端产生左正右负的感应电动势。 - 断开阶段：开关管关闭时，电感通过二极管$D$续流，将储存的能量传递给负载$V_o$，同时电容$C_f$向负载放电。电感电流线性减小，遵循$L \frac{di}{dt}=-V_{out}$的关系。 - 自由轮振荡阶段：开关管断开后，电感中的剩余能量通过二极管反向传输至开关管，形成自由轮振荡，维持能量流动。 - 重复阶段：上述过程周期性重复，通过调节开关管的占空比（即导通时间与总周期的比值）控制输出电压。
输出电压调节机制 - 通过改变开关管的占空比，可以调整电感储能和释放的时间比例。例如，占空比增大时，输出电压降低；占空比减小时，输出电压升高。这种调节方式类似于调光器的工作原理。
二、关键特性
输入输出关系
- 输入电压$V_{in}$与输出电压$V_{out}$的关系为：
$$V_{out} = V_{in} \cdot \frac{1}{1 + \frac{R_L}{Z_L}}$$
其中$R_L$为负载电阻，$Z_L$为负载阻抗。 - 该关系表明，输出电压与负载电阻成反比，与电感值和开关频率无关。
电路结构特点
- 单管不隔离： 输入输出共用同一地，属于单管不隔离型电路。 - 高频开关
三、应用与优势
广泛适用性：几乎所有需要降压的电子设备（如手机充电器、笔记本电脑电源等）均采用BUCK电路。- 效率高：通过优化开关频率和电感参数，可达到80%以上的转换效率。- 灵活性强：可方便调整输出电压和电流，满足不同场景需求。
四、典型应用场景
手机充电器：将5V或9V输入转换为设备所需的3.3V或5V。- 电动汽车充电：高效转换高电压电池组的电压至车载系统电压。- 可再生能源系统：如太阳能电池板，将高电压输出降压至适合储能或负载的电压。
综上，BUCK电路通过开关管控制电感储能和释放，结合电感和电容的协同作用，实现高效、灵活的电压调节，是现代电子系统中不可或缺的电源转换方案。
