Buck電路的原理就是利用開(kāi)關(guān)管Q1的開(kāi)通和關(guān)斷，對(duì)輸入電壓的斬波，從而實(shí)現(xiàn)輸出降壓，其關(guān)系式為：Vout=Vin*D。

除了電感的設(shè)計(jì)，Buck的另一個(gè)難點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，這里采用分立元件去實(shí)現(xiàn)，主要電路包括三角波發(fā)生器、電平可調(diào)電路、PWM發(fā)生器、MOS管驅(qū)動(dòng)電路、自舉充電電路、軟啟動(dòng)電路、過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)壓保護(hù)電路等。

首先，怎么去設(shè)計(jì)一個(gè)三角波發(fā)生器？這里利用RC電容充放電原理，選擇滯回比較器產(chǎn)生一個(gè)頻率可調(diào)的三角波。

如圖2所示，為一個(gè)典型的比較器電路，R9和R10電阻分壓給出一個(gè)參考電平；因?yàn)楸容^器內(nèi)部是OC輸出，所以輸出端要接一個(gè)上拉電阻R12；三角波產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)是對(duì)電容的充放電過(guò)程，那么什么時(shí)候充電，什么時(shí)候放電呢？這個(gè)可以利用負(fù)反饋的原理，當(dāng)比較器輸出為高電平，則對(duì)電容充電；當(dāng)輸出為低電平時(shí)，電容放電。但對(duì)圖2分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)這里正輸入端只有一個(gè)電平6V，當(dāng)電容充至大于6V就輸出低電平，這就開(kāi)始放電；當(dāng)放電電壓小于6V時(shí)又輸出高電平，開(kāi)始對(duì)電容充電，這樣輸出的近似為一條直線或者說(shuō)幅度很小的三角波，不能使用。所以接下來(lái)的問(wèn)題是怎么使參考電平可變，從而輸出幅度較大的三角波。這里還是巧妙的選擇反饋，利用輸出的高低電平不同，從而改變輸入端的電平切換，如圖3所示：

以圖中參數(shù)為例，當(dāng)輸出為低電平時(shí)，R10和R13并聯(lián)，與R9串聯(lián)分壓，為4V；當(dāng)輸出高電平時(shí)，R12、R13串聯(lián)后與R9并聯(lián)，再和R10串聯(lián)分壓，分壓為7.2V，這樣就是實(shí)現(xiàn)了正輸入端電平隨輸出變化而可變。

接下來(lái)再分析整個(gè)過(guò)程：首先上電后，正輸入端有個(gè)直流電平，電容上沒(méi)有電壓，所以輸出為高電平，此時(shí)正輸入端電平為7.2V，12

V電源經(jīng)過(guò)R12和R11給電容充電，當(dāng)電容電壓大于7.2V后，負(fù)輸入端大于正輸入端電壓，輸出低電平，此時(shí)正輸入端電平變?yōu)?V，電容也開(kāi)始經(jīng)過(guò)R11放電；當(dāng)電容上的電壓小于4V時(shí)，輸出又變成高電平，進(jìn)入下一個(gè)周期。通過(guò)調(diào)整R11的阻值，就可以實(shí)現(xiàn)三角波頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，改變R9、R10和R13的阻值，就可以調(diào)整三角波的幅度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)輸出可調(diào)的三角波。

接下來(lái)考慮直流電平可調(diào)電路，這里的直流電平可調(diào)是指根據(jù)需要給出一個(gè)參考電平的電路，從而實(shí)現(xiàn)后面的占空比可調(diào)，這里面涉及很多時(shí)序的問(wèn)題。

就先從時(shí)序角度粗略分析，分開(kāi)機(jī)上電、正常工作、關(guān)機(jī)放電三個(gè)階段。在開(kāi)機(jī)上電階段，為了電路安全，需要使輸出占空比為0，或者小于所需要的占空比，若假設(shè)直接采用電阻分壓的形式提供直流電平，因?yàn)殡娙莩潆娦枰獣r(shí)間，而電阻是線性的，為使占空比為0，三角波接在比較器正輸入端，直流電平接在負(fù)輸入端；在正常工作階段，只有占空比不高于所需占空比，那就是安全的；在關(guān)閉階段，直流電平為0，而電容處于放電過(guò)程，整個(gè)過(guò)程占空比為100%，對(duì)電路安全存在重大隱患，所以采用電阻分壓的方式不可取

采用如圖4所示電路，電源經(jīng)過(guò)R14對(duì)電容緩慢充電，斷電后電壓經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管快速放電，即慢充快放。整個(gè)時(shí)序過(guò)程如圖5所示，直流電平接比較器正輸入端，三角波接負(fù)輸入端，在開(kāi)機(jī)階段，三角波充電速度快于直流電平充電速度，占空比為0；在關(guān)機(jī)階段，直流電平放電速度快于三角波放電，占空比仍然為0，滿足設(shè)計(jì)的初衷。但是圖4電路有個(gè)不足，在電路正常工作階段，降低直流電平時(shí)，由于電容放電要經(jīng)過(guò)滑阻，速度慢，所以需要改進(jìn)，改進(jìn)電路如圖6所示：

采用射極跟隨電路，e極電平隨b極電壓變化而變化，當(dāng)b極電壓減小時(shí)，eb兩端電壓大于0.7V，三極管工作在放大狀態(tài)，經(jīng)過(guò)ec回路放電，電壓迅速降低鎖定。至此，電平可調(diào)電路已經(jīng)設(shè)計(jì)完成。

接下來(lái)就是直流電平信號(hào)和三角波信號(hào)分別輸入到比較器的正負(fù)輸入端，輸出一個(gè)穩(wěn)定的PWM波，電路如圖7所示。

圖7電路輸出小電流的PWM波，為了使MOS快速開(kāi)通和關(guān)斷，需要大電流的驅(qū)動(dòng)電路，利用三極管小電流控制大電流的原理，采用推挽輸出方式，如圖8所示：

當(dāng)PWM輸入為高時(shí)，N管Q2導(dǎo)通，P管Q3有0.7V負(fù)壓保證截止，12V提供一個(gè)大電流經(jīng)過(guò)限流電阻R3給MOS管極間電容充電，使其迅速打開(kāi)，其中電阻R3的大小決定充電電流的大小，一般其阻值不超過(guò)幾十歐姆，電阻R4是起到保護(hù)MOS管作用，當(dāng)電路不工作時(shí)，為極間電容提供放電回路，阻值不宜過(guò)小，一般取幾十k；當(dāng)PWM輸入為低電平時(shí)，P管導(dǎo)通而N管截止，極間電容儲(chǔ)存的能量通過(guò)R3和Q3快速釋放，其中電阻R17的目的是為了防止產(chǎn)生PWM波的比較器因?yàn)楣收匣螂妷翰粔蚨还ぷ?，為Q3的ib電流提供另一個(gè)回路，從而MOS管的極間電容能量能快速釋放。

有一點(diǎn)要注意，以上電路的“地”并非整個(gè)Buck電路的地，而是和MOS管S端等電位的“懸浮地”，隨S端電位變化而變化，地是相對(duì)的，而不是絕對(duì)的。