buck-boost电路降压升压原理及buck，boost输入输出公式推导一文足矣

写在之前：本栏目初心是想记录生活，工作，或者学习中所学到的专业知识，心得体会，记录下分析问题解决问题过程中的经验教训，如果各位同学，同事，同志们还能从中汲取到其他营养，加速了问题的解决，提高了办事效率，那实在是荣幸之至了。本文是博主的第一篇文章，欢迎各位批评指正。

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前言

本文主要介绍了buck电路和boost电路演变过程及原理分析，结合公式推导，让你全方位立体细化的理解其中原理。

buck和boost电路是开关电源的最基本电路，是所有初学者要学习牢记的。本以为如此成熟的一项知识技术本应在网上找到大量知识宫殿，结果所找到的知识宫殿要么是上锁的，要么是收门票的，要么门口还站着保安，或者还有涉及层面比较深，不适合初学者学习，所以我也是查阅了更多的资料和多次询问，最后终于弄懂了这些原理，下面就将这些内容分享给大家。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、buck电路演进

起初，人们手里没有那么多降压升压模块，不像今天集成化技术如此成熟，所以为了得到多种的电压输出，人们想到最简单的办法就是电源加上电路分析最简单的电阻分压，需要多少就按照比例进行分压即可，问题是这种情况当电流较大之时劣势体现尤为明显，大电流经过电阻会产生大量热量，发热严重导致效率极低，问题是我们想提升电源效率，那怎么办呢？

1.引入三级管

于是人们引入了集成电路最为核心的元器件之一三级管，三极管的效率远远大于电阻，而且易于集成，于是人们利用三级管代替了第一个电阻，留下了负载电阻。如图1-1，

图1-1

引入的这个三级管，被称做开关管，顾名思义就是起到开关的作用，我们暂且不考虑其中原理，就把这个三级管当作开关来看，让它等效成开关来看（后面的内容会分析到开关管的工作原理，此处等效成开关便于初学者理解）。等效成开关，我们打开开关，负载两端存在电压，关闭开关,负载两端电压立即消失。如图1-2

图1-2

2.引入电容

负载两端电压取决于开关开启或者闭合这是我们不想要的，我们想要的是不论我这边开关情况如何都要在负载输出稳定的电压，所以我们为了遏制电压突变，引入了电容。只要了解电容特性，我们就知道，电容器两端的电压并不会突变。这样一来，当我们关闭开关，电源给电容充电，电源供给负载电压，当我们断开开关，负载电压瞬间消失，电流同样消失，由楞次定律可知，电容还想继续维持这种电流流向，于是电容放电，充当电源的作用，继续给负载供电，不过负载上电压总体上还是较之前下降，只不过电容阻碍了这种瞬间电压就消失的趋势。图1-3

图1-3

3.引入电感

听起来不错，但是如果此时我再次关闭开关，我们正试图瞬间改变电容两端电压（这和前面电容两端电压不突变正好矛盾），电源会提供给电容大电流，也极其容易损坏电容器，电容很容易被击穿。（你说那不关闭开关不就好了，不行啊，因为我们要的是负载两端稳定的电压，如果不关闭开关，负载电压随时间消耗殆尽，最终降为零），因此最开始采用的方法是在开关和电容直接加入电阻，电阻限制了瞬间的大电流，但是由前面我们知道，这不是我们想要的，大电流配和大电阻又造成了热量损失，导致效率很低，这样我们之前利用三级管替换下来的电阻因而节约下来的能量又损耗在了新加上去的电阻上，得不偿失。我们最好是使用储能元件，同时考虑是抑制大电流，我们引入电感。
改进前，在开关和电容之间加入电阻电路如图1-4所示

图1-4

改进后，替换上电感电路图如图1-5所示

图1-5

4.引入二极管

不过，这同样会带来副作用，因为我们需要不断地闭合断开开关，此时电感已经流过大电流，且不能突变，而我们打开闭合开关恰恰是想瞬态改变电感的电流，（闭合有电流，断开，电流立即消失）这是非常危险的，所以我们引入二极管，让电流不再流经开关，这也就是为什么这个二极管被叫做续流二极管的原因，二极管，电感，电容负载形成了新的回路，不会再威胁到电源那一边。
by the way：对于初学者，续流二极管正负极朝向也是一个问题，其实很简单，你只要知道楞次定律，电感中流过电流要维持电流流向，电流肯定是从二极管正极流向负极，就可以了。图1-6

图1-6

5.回归三级管

当你读到这里，恭喜你你已经学会了buck降压电路各个元器件的由来和功能，你已经掌握了各个元器件的作用。完整的buck电路，在电源工作下，开关闭合，电源给电感电容负载供电，开关断开时，负载上电压在电容作用下缓慢下降，电流在电感作用下缓慢下降，并且从续流二极管缓慢流过，这样我们就可以得到任何低于电源的电压，只要控制开关不停的周期开启和关断，只不过电压其实是波动的，这个波动叫做电压的纹波，ripple，只要我们控制的开关足够快，就能够确保纹波在可接受范围内，也就可以把负载电压看作稳定的电压，实际上，我们实际工作中就是这样处理的，也就是buck降压电路的由来。（顺便说一嘴，世界上根本没有稳定的电压，如果有，那就是你仪器的分辨率不够）现在回到开头，我们不是把三级管看作理想器件等效成开关了吗？如图1-7所示，其实在实际工作中，我们利用mosfet管的特性把它应用成开关管，我们知道，对于mosfet只需要控制其栅源极GS电压就可以实现对于漏源极DS电压的控制，那么其实不就是等效为开关了吗，而我们G端电压（图中未画出）的设置，是跟需要的输出电压Vo有关，其实G端电压是靠误差反馈电路实现的，误差反馈电路从输出端采样，然后一般是经过运算放大器和参考值比对，然后把比对结果输出到G端电压，输出电压高了，就降低G端电压，开关管闭合，就相当于开关断开，从而输出电压减小，输出电压低了则反之，形成负反馈闭环。如图1-7

图1-7

以上就是buck电路的原理分析

二、boost电路

boost电路本质上各个元器件的功能作用与buck电路大同小异，好比是人的左手和右手，不同点就在于两种电路的元器件摆放位置有小小的差异。图2-1是buck电路

图2-1
下图 2-2是boost电路

图2-2

可以看出buck电路和boost电路两者区别只是存在于电感三极管和二极管的位置，在boost电路中，开关管导通（相当于开关闭合）电源给电感，电容，负载供电，当开关管截止状态，电源，电感和二极管形成了新的通路，电容一样遏制负载电压突变，电感遏制回路中电流的突变，此时电压，电感，二极管三者串联两端电压加一起等于负载两端电压（常常忽略二极管压降或有其他方法降低二极管的压降），所以我们会得到一个输出电压高于输入电压，这正是我们想要的boost升压电路。

三、buck-boost电路

对于buck-boost电路，如果你有了上面两种电路的基础，那它更为简单，有了上面的理解，对于buck-boost电路，与前两种电路最明显的区别就在于——电感的位置，可以看出，无论是升压还是降压电路，电感都是在‘上面’，电感在‘上面’就意味着输入与输出之间直接通过电感连接到一起，这就意味着输入与输出之间有直接的大小关系，buck电路输入Vi=电感电压加输出电压Vo，boost电路则是Vi加电感电压=Vo，二者结合形成的buck-boost电路电感位于‘中间’，开关管导通，电源给电感充电，而此时负载在电容放电维持下电压逐渐减少，开关管断开，电感维持大电流，给负载反向提供电压，所以此时，负载输出在于开关时间长还是关断时间长，即是占空比，占空比大（>0.5）就是升压，占空比小(<0.5)即是降压。

图3-1

以上是对于buck电路和boost电路演变过程的阐述及原理内容的分析，如果还有疑问这里推荐一个B站油管搬运视频给大家（简洁明了一看便知，也可以看完视频然后重新看我的分析过程会更加清晰）：
B站油管搬运buck boost电路原理视频链接

总结

以上就是对于buck电路，boost电路以及二者结合的buck-boost原理分析，电路演进的全部内容，如果有疑问欢迎留言
制作不易，给点个赞加关注可否？