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本篇文章给简单介绍下 BUCK & BOOST 电路的基本原理，通过这篇文章可以让大家初步理解为什么这些电路能降压和升压。

一、BUCK 电路

BUCK 电路的作用是输出一个比输入电压 Vin 低的电压 Vout ，即 Vin>Vout，是一个降压电路。

（1）BUCK 基本电路

首先看一下 BUCK 的基本电路，可以看到由最基本的元件组成：MOS 管，电感，电容，二极管和电阻；

这些元件这里简单介绍一下电路中元件的主要作用：

MOS 管：开关作用，闭合与断开能控制电流流通

二极管：单向导通

电感：阻碍电流变化，储存能量

电容：储存能量，防止电压突变

电阻：消耗能量，实际是负载

MOS 管的 G 极输入一定频率的 PWM 方波，高电平打开 MOS ，即开关闭合，反之亦然。

（2）工作过程分析

接下来对工作过程进行分析（以下过程基于输入输出稳定情况下分析）:

MOS 管导通：

电感充电，电容充电, 电感消耗了 Vin 一部分能量，所以 Vin - 电感 = Vout ，从而实现降压；

MOS 管断开：

电感电流慢慢减少，电感极性反转，电感和电容之间的能量被传递到负载上，维持 Vout电压

（3）公式解析

BUCK 电路的有个基本公式：Vout = Vin * Duty，（这里忽略二极管压降）注：Duty 是 MOS 管的 PWM 占空比，即一个 PWM 周期内高电平所占时间。

这个公式表达的意思是Vout 随着 MOS 管开通时间变长而变大，这篇文章不介绍公式理论推导，我们从电感特性来理解这个公式：

• 为什么需要使用 PWM 来控制 MOS 开关

刚接触 BUCK 基本电路，就会产生疑问，MOS 管那里为什么会有 PWM ？我们知道，电感是阻碍电流变化的，但是并不会阻止电流，在电流流向不变的情况下，经过一段时间之后电感在电路中就相当于一根导线，

如下图：

这个时候 Vin = Vout，BUCK 电路的作用是为了降压，由此可以看出，如果不去控制这个 MOS 闭合的时间，那么就不能实现降压，所以 MOS 管闭合一定时间后就要断开；但是断开之后只有电感和电容续流，总有耗尽的时刻，所以也不能一直断开，断开一定时间又需要闭合，周而复始，所以就有了 PWM 控制 MOS 管的开关

• 为什么 MOS 管闭合时间影响了 Vout

我们知道，电感在一开始的时候阻碍电流的力度是最强的，随时间加长阻碍电流的能力就越来越弱，最后消失（前提是电流流向不变），如果我们把电感当作一个可变电阻，开始电阻阻值很大，后面阻值变小，根据欧姆定律，串联电路中电流相等，阻值越大，分到的电压就越多；对应到电感的话，电感一开始分到的电压多，负载端分到的电压就越少，随着时间变长，那么可变电阻阻值降低，说明电感的电压变压变小了，负载电压就变大了；从这可以看出，MOS 管闭合时间越短，那么 Vout 就越小；MOS 管闭合时间越长，Vout 就越大，越接近 Vin；这就是 BUCK 电路为什么能降压的原因。

二、BOOST 电路

BOOST 电路的作用是输出一个比输入电压 Vin 高的电压 Vout ，即 Vin

（1）BOOST 基本电路

可以看到 BOOST 同样也是由最基本的元件组成：MOS 管，电感，电容，二极管和电阻，值得注意的是，它与 BUCK 电路的区别在于元件位置的不同

（2）工作过程分析

同样，下面我们先来分析其工作过程。

开关导通时：

电感充电，电容维持负载端供电

开关断开时：

此时电感已经是一个电源了，与 Vin 串联，Vin + 电感电源向负载供电，同时给电容充电，Vin + 电感 = Vout ，实现升压

（3）升压原理

我们可以对比一下，BUCK 电路也是对电感进行了充电，为什么 BUCK 是降压，BOOST 是升压呢？

BUCK 对电感充电之后， MOS 管断开，这个时候 Vin 与 电感是断开的，

但是对于 BOOST 电路来说，MOS 管断开之后，Vin 和电感是连在一起的，相当于两个电源串联在一起，所以电压就升高了：

（4）公式解析

BOOST 也有一个基本公式： Vout = Vin/(1-Duty) ，（忽略二极管压降）Duty 越大，分母越小，Vin 不变，Vout 就越大；

这里也从电感特性分析，为什么这里也需要 PWM ？假设 MOS 管一直闭合，那么电感就会变成一条导线，然后就变成了 VCC 接 GND ，这点路就毁灭了，所以MOS 管闭合的时间需要控制；

电感除了阻碍电流变化外，也是一个储能元件，电流流经时间越长，储存的能量越多，所以在电感变为导线之前，MOS 闭合时间越长，电感能量就越多，MOS 管断开后，Vout 电压自然就升的更高：

以上通过对 BUCK 、 BOOST 电路工作过程分析，简单介绍了其降压升压的原理，希望对大家有所帮助

参考资料：《Basic Calculations of a 4 Switch Buck-Boost Power Stage》

 

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