Buck开关电源拓扑结构分析
出处：网络整理 发布于：2025-09-03 10:33:48 | 1234 次阅读
在电子设备的电源供应领域，开关电源凭借其高效、小型化等优势得到了广泛应用。其中，Buck 开关电源作为一种常见的降压型开关电源拓扑结构，其工作原理和性能特点对于电源设计至关重要。本文将详细解析 Buck 开关电源的工作原理，包括 ON 状态中电感和电容的动态平衡，以及 OFF 状态下的反电动势影响，帮助大家掌握电源效率和稳定性的关键。
1. Buck 开关电源拓扑结构分析
首先，我们来看一下 Buck 开关电源的拓扑结构，如下图所示：
1.1 ON 状态从暂态到稳态分析
当开关管导通时，其等效电路如下（还需要考虑开关管 0.3V 的压降）：
在开关管导通的瞬间，电感和电容都相当于短路，此时输出电压 Vout 为 0。此后，随着时间的推移，流过电感的电流不断增加，同时电容也在不断充电。当电感电流达到最大值时，电感相当于短路。由于后级接入了负载电阻 RL，电容在不断充电的同时也在不断放电，最终会达到动态平衡。我们知道电容的最大电压为 Vin，所以动态平衡后的电压 Vout 也会稳定在一个特定的值。
从电路原理的角度来看，在这个过程中，电感起到了储存和释放能量的作用。当电流增加时，电感储存能量；当电流减小时，电感释放能量。电容则起到了平滑输出电压的作用，减少电压的波动。
1.2 OFF 状态从暂态到稳态分析
当开关管断开时，其等效电路如下图所示：
我们需要知道，当开关管断开时，电感两端会产生反向电动势，其最大大小为 Vin。所以此时 Vout = Vin - 0.7，由此我们可以得出开关管断开时 Vout < Vin - 0.7。
在这个阶段，电感释放之前储存的能量，通过二极管为负载提供电流。电容继续起到平滑电压的作用，维持输出电压的稳定。随着时间的推移，电路逐渐达到稳态。
1. Buck 开关电源拓扑结构分析
首先，我们来看一下 Buck 开关电源的拓扑结构，如下图所示：
1.1 ON 状态从暂态到稳态分析当开关管导通时，其等效电路如下（还需要考虑开关管 0.3V 的压降）：
在开关管导通的瞬间，电感和电容都相当于短路，此时输出电压 Vout 为 0。此后，随着时间的推移，流过电感的电流不断增加，同时电容也在不断充电。当电感电流达到最大值时，电感相当于短路。由于后级接入了负载电阻 RL，电容在不断充电的同时也在不断放电，最终会达到动态平衡。我们知道电容的最大电压为 Vin，所以动态平衡后的电压 Vout 也会稳定在一个特定的值。从电路原理的角度来看，在这个过程中，电感起到了储存和释放能量的作用。当电流增加时，电感储存能量；当电流减小时，电感释放能量。电容则起到了平滑输出电压的作用，减少电压的波动。
1.2 OFF 状态从暂态到稳态分析
当开关管断开时，其等效电路如下图所示：
我们需要知道，当开关管断开时，电感两端会产生反向电动势，其最大大小为 Vin。所以此时 Vout = Vin - 0.7，由此我们可以得出开关管断开时 Vout < Vin - 0.7。在这个阶段，电感释放之前储存的能量，通过二极管为负载提供电流。电容继续起到平滑电压的作用，维持输出电压的稳定。随着时间的推移，电路逐渐达到稳态。
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