Buck電路，又稱降壓電路，是一種基于電感儲能原理的DC-DC變換器，其工作原理涉及到物理中的電磁感應(yīng)和電能轉(zhuǎn)換的基本原理。以下是Buck電路的工作原理的詳細(xì)解釋：

一、基本工作原理

Buck電路通過控制輸入占空比可變的PWM（脈寬調(diào)制）波切換開關(guān)管的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)，將輸入電源提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為可調(diào)的低電壓輸出，從而滿足不同電路的供電需求。具體來說，Buck電路中的電感在導(dǎo)通狀態(tài)下，將電流通過電感中心核心的磁場轉(zhuǎn)化為磁能，并將磁能存儲在電感中。而在斷開狀態(tài)下，由于電感的自感作用，磁場會產(chǎn)生電壓，將電磁能轉(zhuǎn)化為電能，并通過輸出端向負(fù)載供電。因此，通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)，實現(xiàn)了電能在電容和電感之間的周期性轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，最終輸出穩(wěn)定的直流電壓。

二、工作原理的詳細(xì)階段

1. 導(dǎo)通階段：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，開關(guān)管導(dǎo)通電阻比較小，相當(dāng)于短路。此時，輸入電壓Ui經(jīng)過開關(guān)管、電感L給電容C充電，也是給電感L充電，同時也給負(fù)載R供電。由于電感電流不能突變，電感會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢來阻礙電流變化（變大），電動勢方向為左正右負(fù)，電感兩端電壓為UL=Ui-Uo。此時二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于斷路。

2. 關(guān)斷階段：當(dāng)開關(guān)管關(guān)閉時，流過電感L的電流會減小。由于電感電流不能突變，電感會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢阻礙電流減小，電動勢方向就是右正左負(fù)，電感兩端電壓為輸出電壓UL=Uo。此時二極管導(dǎo)通，電流經(jīng)過濾波電容C，經(jīng)過負(fù)載R，再經(jīng)過續(xù)流二極管D構(gòu)成回路，電感和電容共同為負(fù)載供電。

此外，Buck電路中的電容起到平滑輸出電壓的作用，通過在開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)下儲存電能，在斷開狀態(tài)下釋放電能，平滑輸出電壓波動。同時，為了確保穩(wěn)定輸出電壓，Buck電路通常采用負(fù)反饋控制。通過對輸出電壓進(jìn)行采樣，反饋給微控制器，然后微控制器調(diào)節(jié)輸出的PWM波的占空比，控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間和斷開時間，使得輸出電壓保持在預(yù)定范圍內(nèi)。

三、同步與非同步Buck電路

1. 非同步Buck電路：二極管續(xù)流（二極管與電感形成一個通路，二極管為電感保持電流持續(xù)，電流從二極管通過）期間，二極管兩端的電壓相對恒定，表現(xiàn)為二極管正向?qū)▔航怠＿@個特性導(dǎo)致非同步壓降電路在二極管上消耗的能量比較大，所以非同步Buck的效率比較低。因為其電路特點不需要復(fù)雜的控制，控制器成本也比較低。

2. 同步Buck電路：采用MOSFET替代二極管，下管續(xù)流的期間（上管關(guān)閉，下管打開，下管為電感保持電流持續(xù)，電流從下管通過），MOSFET表現(xiàn)為D極和S極之間的導(dǎo)通等效阻抗。由于下管的導(dǎo)通阻抗比較小，所以其兩端的電壓也比較小，消耗在下管上的損耗比二極管也小很多。所以同步Buck電路的效率比較高，但是相比來說需要額外的控制電路，成本相對也高一些。

四、輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系

Buck電路輸入電壓與輸出電壓的數(shù)學(xué)關(guān)系式為：Vout=Vin×D。其中，Vout為輸出電壓，Vin為輸入電壓，D為開關(guān)管的占空比，即PWM波的高電平時間與周期之比。如果考慮到開關(guān)管的導(dǎo)通損耗和電感、電容等元件的等效電阻，還需要引入一個效率因子η，得到修正后的關(guān)系式。其中，η為效率因子，通常在0.8到0.95之間。需要注意的是，Buck電路的輸出電壓通常不能高于輸入電壓，因為其基本工作原理是通過降壓轉(zhuǎn)換實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓。

綜上所述，Buck電路是一種重要的DC-DC變換器，通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和斷開狀態(tài)實現(xiàn)降壓轉(zhuǎn)換和輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。