DC-DC Buck和Boost电路

       在单片机硬件中，通常会遇到需要转换直流电压的情况，今天分别给大家介绍一下BUCK和BOOST这两种常见的拓扑结构。

DUCK（降压）电路

• 原理图构成：
  • 开关元件：通常是 MOS管或三极管等，用于控制电路的通断，实现对输入电压的 “斩波” 操作。比如在一些小型的直流电源适配器中，就会用到MOS管作为开关元件来实现降压功能。
  • 电感：是储能元件，在开关元件导通时储存能量，在开关元件关断时释放能量，起到平滑电流的作用，使输出电流更加连续。其电感值的大小会影响到电路的性能，如电感值过小可能导致输出电流纹波较大，电感值过大则可能会使电路的响应速度变慢。
  • 二极管：在开关元件关断时，为电感中的电流提供续流路径，防止电感产生的反向电动势对开关元件造成损坏。一般会选用正向导通压降较小、反向恢复时间较短的二极管，以提高电路的效率。
  • 电容：主要起到滤波的作用，减小输出电压的纹波，使输出电压更加稳定。电容的容值选择也需要根据实际的输出电压纹波要求来确定，容值越大，滤波效果越好，但成本也会相应增加。
• 工作原理：
  • 充电过程：当开关元件导通时，输入电源直接连接到电感，此时输入电压加在电感两端，电感中的电流开始线性增加，电感储存能量。同时，输入电源也通过电感向负载供电，并对电容进行充电。在此过程中，二极管处于反向截止状态，因为其阳极电压低于阴极电压。
  • 放电过程：当开关元件关断时，电感中的电流不能瞬间变为零，由于电感的电流保持特性，电感会产生一个反向电动势，使得电感的极性反转。此时二极管变为正向导通状态，电感中储存的能量通过二极管向负载释放，同时也对电容充电，维持负载两端的电压。电容不断地充电和放电，使得输出电压在一定范围内保持稳定。

BOOST（升压）电路

• 原理图构成：
  • 开关元件：与 DUCK 电路中的开关元件类似，也是用于控制电路的通断，其工作频率和占空比的控制对于升压效果至关重要。
  • 电感：同样是储能元件，但在 BOOST 电路中的作用与在 DUCK 电路中有所不同。在 BOOST 电路中，电感在开关元件导通时储存能量，在开关元件关断时将储存的能量释放出来，与输入电源电压叠加，从而实现升压的功能。
  • 二极管：其作用是防止在开关元件导通时，电容通过电感和开关元件放电，保证电容能够储存能量。在开关元件关断时，二极管导通，使得电感中储存的能量能够顺利地传输到电容和负载上。
  • 电容：用于储存升压后的能量，并且进一步平滑输出电压，降低电压纹波。电容的选择需要考虑其耐压值和容值，以满足电路的升压和滤波要求。
• 工作原理：
  • 充电过程：当开关元件导通时，输入电源通过开关元件向电感充电，电感中的电流逐渐增加，电感储存能量。此时二极管处于反向截止状态，因为其阳极电压低于阴极电压，电容向负载放电，维持负载两端的电压。
  • 放电过程：当开关元件关断时，电感中的电流不能瞬间变为零，电感产生的反向电动势与输入电源电压叠加，使得二极管正向导通。此时电感中储存的能量通过二极管向电容充电，电容两端的电压逐渐升高，从而实现升压的功能。同时，电容也向负载供电，维持负载的正常工作。随着开关元件的不断通断，电容两端的电压不断升高，直到达到稳定的输出电压。