Buck and boost电路基本原理

Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。 开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式 **Buck变换器**，又称为降压式变换器，主要功能是将输入电压转换成较低的输出电压。它采用单管非隔离设计，适用于需要从较高电压源获取较低电压输出的场合。开关管Q通过PWM（脉宽调制）信号进行控制，该信号的频率由信号周期Ts决定，占空比Dy定义为导通时间Ton与总周期Ts的比值。Buck变换器在连续传导模式（CCM）和断续传导模式（DCM）下均能工作，适用于不同应用场景。 **Boost变换器**，也叫升压式变换器，它的特点是输出电压高于输入电压。同样使用单个开关管Q，不过Boost变换器中的电感Lf位于输入侧，被称为升压电感。与Buck变换器不同，Boost变换器的开关管Q的最大占空比Dy受到限制，不能在Dy=1的状态下工作，以避免输出电压过高。同样地，Boost变换器也能在CCM和DCM两种工作模式下运行。 **Buck/Boost变换器**，又称为升降压式变换器，其输出电压既可以低于输入电压，也可以高于输入电压，但输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可视为Buck变换器和Boost变换器的串联形式，共用一个开关管Q。此类型的变换器同样具备CCM和DCM两种工作方式，并且采用PWM控制。 **LDO（低压差线性稳压器）**具有以下特点：输入输出电压差极低，内部损耗小，温度漂移小，输出电压稳定性高，负载和线性调整率良好，工作温度范围宽，输入电压范围较宽，外围电路简单，使用方便。然而，LDO的效率相比开关型稳压电源较低，适合对纹波和噪声敏感的应用场景。 **DC/DC变换器**是将恒定的直流电压转换为可变的直流电压，又称直流斩波器。根据工作方式，斩波器可以分为脉宽调制（PWM）和频率调制。常见的DC/DC变换器类型包括： 1. Buck电路（降压斩波器）：输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。 2. Boost电路（升压斩波器）：输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。 3. Buck-Boost电路（降压或升压斩波器）：输出平均电压U0可以大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传递能量。 4. Cuk电路（降压或升压斩波器）：与Buck-Boost类似，但电容传递能量。 选择DC-DC变换器时，需考虑输出电流Is，它应基于用电设备的最大吸收电流If和裕量系数K来计算。开关型稳压电源虽然效率高，但输出纹波电压较大，噪声明显，电压调整率和性能指标相对较低，可能对某些模拟电路供电产生影响。 **电容式开关电源**，如电荷泵，通过控制电容器的充放电，可以实现输入电压的升压或降压，甚至生成负电压。由于其开关工作特性，可能会产生一定的输出纹波和电磁干扰（EMI），但其效率较高，且只需要外部连接陶瓷电容即可运行。