基本工作原理

在最基礎的降壓型開關(guān)電源里，就像圖中所展示的電路結(jié)構(gòu)。當開關(guān)（對應圖中U1）閉合時，電流從VIN流入，經(jīng)過電阻R1等元件，VOUT電壓會緩慢上升。隨著時間推移，當VOUT電壓達到我們期望得到的電壓大小時，我們迅速將開關(guān)斷開，此時由于電容C1的儲能作用，電壓能夠穩(wěn)定在理想的電壓值。一旦在輸出端施加一個電阻（或者其他類型的負載），當開關(guān)斷開后，負載會消耗電容C1存儲的電能，導致電壓逐漸降低。為了維持輸出電壓穩(wěn)定在目標值附近，我們需要不斷地開斷開關(guān)。如此一來，電壓就會在我們想要得到的電壓值上下小幅度浮動，通過這種周期性的開關(guān)動作，實現(xiàn)對輸出電壓的動態(tài)調(diào)節(jié)與近似穩(wěn)定輸出。

我們通過改變R1和C2的大小（充電時間=R×C）可以改變電壓上升的趨勢。如同所示，我們通過不斷的開斷開關(guān)，那么所得到的電壓就能維持于某一值左右。但是R1電阻會對我們的電路轉(zhuǎn)換效率造成很大的影響，耗能會提高。

因此我們將這個R1的電阻換成一個電感，因為電感不耗能，且流過電感的電流不會突變。但是電感存在一個非常大的問題，當開關(guān)斷開時電感兩端的電壓會發(fā)生突變，因此我們需要在電感前加一個續(xù)流二極管。

降壓式（Buck）變換器作為一種非隔離直流變換器，其輸出電壓小于或等于輸入電壓。該變換器的主電路主要由開關(guān)、續(xù)流二極管、輸出濾波電感以及輸出濾波電容組成。

我們平常使用的DC-DC降壓芯片在電路中的作用就是相當于U1的開關(guān)，控制開關(guān)的關(guān)閉從而來控制電壓的大小。其內(nèi)部包含一個或多個開關(guān)元件（如MOSFET）。這些開關(guān)元件會以一定的頻率進行導通和關(guān)斷操作，通過控制開關(guān)的占空比（導通時間與周期的比值）來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。從這個角度看，開關(guān)是DCDC降壓芯片實現(xiàn)降壓功能的核心動作部件。

同步Buck和異步Buck

1. 異步Buck

當開關(guān)管導通時，輸入電壓加在電感上，電感電流上升，電能存儲在電感中，同時向負載供電并給電容充電；當開關(guān)管關(guān)斷時，電感產(chǎn)生反向電動勢，續(xù)流二極管導通，電感通過二極管向負載釋放能量，電感電流下降。由于電路只需要一個開關(guān)管和一個二極管，電路元件較少，成本相對較低。二極管的價格相對便宜，尤其是普通硅二極管。

續(xù)流二極管存在正向?qū)▔航担话愎瓒O管的正向壓降約為0.7V，肖特基二極管約為0.3~0.5V。在電流較大時，二極管的導通損耗會比較大，導致效率相對較低，尤其是在低輸出電壓、大電流的應用場景下。適用于對效率要求不高、輸出電流較小、成本敏感的應用場景，如一些小型電子產(chǎn)品的電源模塊。

2. 同步Buck

高側(cè)開關(guān)管導通時，輸入電壓加在電感上，電感電流上升；高側(cè)開關(guān)管關(guān)斷時，低側(cè)開關(guān)管導通，為電感提供續(xù)流路徑，電感電流下降。通過控制兩個開關(guān)管的導通和關(guān)斷時間，實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。電路需要兩個開關(guān)管，并且需要更復雜的驅(qū)動電路來控制兩個開關(guān)管的交替導通和關(guān)斷，因此成本較高。不過，隨著MOSFET價格的下降，兩者的成本差距在逐漸縮小。

用MOSFET替代續(xù)流二極管，MOSFET的導通電阻通常很小，導通損耗也較小，因此在相同條件下，同步Buck的效率更高，更適合低輸出電壓、大電流的應用。適用于對效率要求較高、輸出電流較大的應用場景，如計算機主板、服務器電源、便攜式電子設備等。

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