DC-DC變換器按功率開關電路的(de)結構形式來(lái)分(fēn)，可(kě)分(fēn)爲非隔離型（主電路中無高(gāo)頻(pín)變壓器），隔離型（主電路中有高(gāo)頻(pín)變壓器），以及具有軟開關特性的(de)諧振型等。非隔離型直流變換器，有三種基本的(de)電路拓撲：降壓（Buck）型，升壓（Boost）型，反相（Buck-Boost即降壓-升壓）型，以下(xià)詳細介紹Buck變換器。
1 Buck變換器電路構成
Buck變換器又稱爲降壓電路，其基本拓撲如圖1所示
圖1 Buck電路拓撲結構
電路主要元器件包括開關管T（物(wù)理(lǐ)實現可(kě)以用(yòng)IGBT，MOSFET），續流二極管D，儲能電感L，輸出濾波電容C及負載電阻R。輸入直流電源爲Us，輸出直流電壓爲Uo。
2 Buck變換器工作原理(lǐ)
Buck變換器工作在電感電流連續模式下(xià)的(de)工作原理(lǐ)如下(xià)：
開關管的(de)導通(tōng)與關斷受控制電路輸出的(de)驅動脈沖控制。如圖1所示，當控制電路脈沖輸出高(gāo)電平時(shí)，開關管導通(tōng)，如圖2（a）所示，續流二極管D陽極電壓爲零，陰極電壓爲電壓電壓Us，因此反向截止，開關上流過電流is流經電感L向負載R供電；此時(shí)L中的(de)電流逐漸上升，在L兩端産生左端正右端負的(de)自感電勢阻礙電流上升，L将電能轉化(huà)爲磁能存儲起來(lái)。經過時(shí)間ton後，控制電路脈沖爲低電平，開關管關斷，如圖2（b）所示，但L中的(de)電流不能突變，
圖2電流連續模式下(xià) Buck變換器等效電路
這(zhè)時(shí)電感L兩端産生右端正左端負的(de)自感電勢阻礙電流下(xià)降，從而使D正向偏置導通(tōng)，于是L中的(de)電流經D構成回路，電流值逐漸下(xià)降，L中儲存的(de)磁能轉化(huà)爲電能釋放出來(lái)供給負載R。經過時(shí)間toff後，控制電路脈沖又使開關管導通(tōng)，重複上述過程。濾波電容C的(de)作用(yòng)是爲了(le)降低輸出電壓Uo的(de)脈動。續流二極管D是必不可(kě)少的(de)元件，若無此二極管，電路不僅不能正常工作，而且在開關管由導通(tōng)變爲關斷時(shí)，L兩端将産生很高(gāo)的(de)自感電勢從而損壞開關管。
3 Buck變換器工作狀态及相應元件參數計算(suàn)
爲了(le)方便分(fēn)析穩态特性，簡化(huà)推導過程，做(zuò)如下(xià)假設：
（1）開關管，二極管是理(lǐ)想元件，可(kě)在瞬間導通(tōng)或截止，沒有導通(tōng)壓降、導通(tōng)電阻，截止時(shí)無漏電流。
（2）電感電容是理(lǐ)想元件。電感工作在線性區(qū)不飽和(hé)，寄生電阻爲0，電容等效串聯電阻爲0。
根據電感電流是否連續，即每個(gè)脈沖周期開始電感電流iL是否從0開始将Buck電路的(de)工作模式分(fēn)爲電感電流連續工作模式（Continuous Conduction Mode，CCM）和(hé)電感電流不連續工作模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）兩種。
3.1 Buck變換器的(de)CCM工作模式
在L足夠大(dà)的(de)條件下(xià)，Buck變換器工作在CCM模式，波形如圖3所示。
圖3 Buck變換器CCM模式波形
開關管導通(tōng)時(shí)間爲ton，關斷時(shí)間爲toff，PWM周期爲Ts，即ton+toff=Ts，設d=ton/Ts爲PWM波占空比。在ton時(shí)間，開關管導通(tōng)，D截止，電感兩端電壓Us-Uo（極性左正右負），電感電流從iLmin線性上升至iLmax，導通(tōng)時(shí)間内，電感電流增量爲
當開關管關斷時(shí)，二極管D導通(tōng)，電感L兩端電壓差爲-Uo（極性左負右正），電感電流線性下(xià)降至iLmin，減小量爲
當電路處于穩态時(shí)，電感電流iL必然周期性的(de)重複，開關管導通(tōng)期間電感電流增加量與其關斷期間電感電流減小量相等，即
整理(lǐ)得(de)
上式表明(míng)，在輸入電壓恒定的(de)情況下(xià)，要改變輸出電壓，可(kě)以通(tōng)過改變占空比實現，輸出平均電壓總是小于輸入平均電壓。CCM模式下(xià)Buck變換器的(de)電壓增益爲d。
3.2 Buck變換器的(de)DCM工作模式
在電感較小，負載電阻較大(dà)，或者開關周期Ts較大(dà)時(shí)，當電感電流已下(xià)降至0，但是新的(de)開關周期還(hái)未開始；在下(xià)一個(gè)開關周期中，電感電流從0開始線性增加，在一個(gè)開關周期中會出現電感電流線性增加、電感電流線性減小、電感閑置（電感電流保持爲0）三種狀态，等效電路圖如圖4所示，工作波形如圖5所示。
圖4 Buck變換器DCM模式下(xià)等效電路圖
圖5 Buck變換器DCM模式波形
開關管導通(tōng)時(shí)間爲ton，關斷時(shí)間爲toff，閑置時(shí)間爲t1，PWM周期爲Ts，即ton+toff+t1=Ts，同樣設d=ton/(ton+toff)爲PWM波占空比。在ton時(shí)間，如圖4（a）所示，開關管導通(tōng)，D截止，電感兩端電壓Us-Uo（極性左正右負），電感電流從0線性上升至iLmax，導通(tōng)時(shí)間内，電感電流增量與式（1）同。
當開關管關斷時(shí)，在toff時(shí)間，如圖4（b）所示，二極管D導通(tōng)，電感L兩端電壓差爲-Uo（極性左負右正），電感電流線性下(xià)降至0，減小量與式（2）同；同樣，當電路處于穩态時(shí)如公式（3）所示。
在t1時(shí)間，電感電流已下(xià)降至0，相當于開路，如圖4（c）所示。
上述表明(míng)，DCM模式下(xià)，輸入電壓恒定，要改變輸出電壓，可(kě)以通(tōng)過改變占空比實現，輸出平均電壓總是小于輸入平均電壓。DCM模式會使變換器帶載能力降低，穩壓精度變差，紋波電壓大(dà)，通(tōng)常情況下(xià)要求Buck變換器工作在CCM模式。
3.3 Buck變換器電感電流連續的(de)臨界條件
CCM模式下(xià)，如果在一個(gè)周期結束時(shí)，電感電流iL恰好下(xià)降至0，這(zhè)種狀态稱爲CCM和(hé)DCM的(de)臨界工作狀态，如圖6所示。
圖6 Buck變換器電感電流臨界狀态
