buck电路与boost电路工作原理详解

buck电路与boost电路工作原理详解

在电子工程领域，电源转换电路是实现电压调节的关键技术。其中，buck电路和boost电路是最常见的两种直流-直流转换电路，分别用于降压和升压。本文将详细介绍这两种电路的工作原理。

buck电路

buck电路是一种直流降压电路，主要用于将高电压转换为低电压。下面以12V直流电压降压至5V为例进行说明。

1. buck电路拓扑：12V----->5V

2. 降压原理

a. 开关闭合时，电流流向如下：
电源正极---->开关---->电感----->(电容和负载)----->电源负极
此时二极管由于单向导通特性而不导通。同时，电流也会给电容充电。
电感是电路中的关键元件，其电流不能突变。根据欧姆定律（电压=电阻 * 电流），负载电压会逐渐增大。当负载电压达到5V以上时，开关断开。

b. 开关断开时，电流分析如下：
断开开关后，流经电感的电流会突然减小。由于电感特性，其上会产生左负右正的电压。此时电路中无电流，负载由电容放电供电。
电感的正极---->（负载，电容）---->二极管---->电感的负极
电感放电瞬间电流很大，但随着磁能转化为电能，电流逐渐减小，负载电压也随之降低。当电压降至一定值时，再次闭合开关。闭合瞬间，电感极性变化，电容继续给负载供电。
整个周期中，负载电压在5V上下波动，有效值约为5V。

输出电压的控制依赖于占空比的概念：
占空比 = 输出电压 / 输入电压
对于12V转5V的情况，占空比为5/12，即开关5/12的时间闭合，7/12的时间断开。这种快速切换通常以微秒为单位，需要使用MOS管或IGBT等高速开关器件。

boost电路

boost电路是一种直流升压电路，用于将低电压提升至高电压。下面以5V直流电压升压至12V为例进行说明。

1. boost电路拓扑：5V---->12V

2. 升压原理

a. 开关闭合时，电流流向如下：
开关闭合相当于短路，右半部分电路被短路。电流流过电感，形成左正右负的电源，电能转化为磁能储存。

b. 开关断开时，电流流向如下：
开关断开后，由于阻抗增加，流过电感的电流减小。电感为阻止电流减小，产生左负右正的电压，与电源串联，使输出电压超过5V。这是boost电路升压的核心机制。

c. 开关再次闭合时，电容放电给负载供电。随着电容放电，电压逐渐降低，当低于12V时立即断开开关。

d. 最终实现升压，输出电压与占空比相关：
Vout = Vin /（1-D）
要将电压提升至12V，占空比D应为7/12，即开关7/12的时间闭合，5/12的时间断开。这样可以实现输出电压在12V上下波动，有效值为12V。