电源设计的BUCK-BOOST电路

一、前导

升降压电路的关键器件有开关管Q，二极管D，电感L，电容C。
1.开关管Q：可以导通和关断电流，常见的开关管有三极管、MOSFET等。
2.电感L：可以将电能转换成磁能储存起来，也能将磁能转换为电能再次释放。需要注意：电感在储能和释能转换时，电感的正负极会发生反向。流经电感的电流不能突变，只能逐步变大或变小。
3.电容C：具有充放电功能，电容器两端电压高于外部电路电压时放电，反之充电。电容充放电不会发生正负极的反向。
4.二极管D：具有单向导电性，电流只能单向流过。在BUCK电路中，二极管D形成了续流回路，因此D也叫作续流二极管。

二、BUCK电路

灯泡有点小亮

电容C1作为滤波电容，可降低输出电压Uo的脉动。

如图，当Q导通的时候，二极管截止，此时电流就要经过电感，然后流向负载R1。电感中的电流在线性增长的同时会发生自感,自感就又会阻碍电流的上升。电感就将电能转换为磁能储存起来了，此时自感电势的方向左正右负。

如图当开关管断开时，就没有电流流向电感了。但是电感电流不会突变为0，而是在慢慢的减少，由于电感阻碍电流变化，所以这时候就产生了左负右正的自感电势，使得二极管D1导通。电流在减少的同时，L中之前存储的磁能就转化为电能释放出来给负载R。

这里的电容是滤波电容，目的是降低输出电压Uo的脉动。

三、BOOST电路

首先，若很长时间没有对开关管进行控制，所有元器件是属于理想状态，所以Uo=Ui；

如图当开关管导通时，同理，电感中的电流成线性增加，电感自感阻碍电流上升，电感将电能转为磁能存储起来。二极管的作用是防止电容对地放电。

如图当开关管关闭时，此时电感的电流又降开始慢慢减少。由于自感的作用阻碍电流的减小，电感两端是左负右正，所以输出端的电压就成了Uo=Ui+UL。输出电压大于输入电压。

四、电源纹波产生的根本原因

硬件工程师笔面试必考题-buck电源工作原理
随着开关管S的开关，电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与开关管S开关频率同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个，它与输出电容的容量和ESR有关系，纹波频率一般为几十到几百kHz。

简单来说，一般所认为的纹波产生的最根本原因就是由于开关管S的通断过程导致电源产生波动，其频率等于开关管S的开关频率

五、电源纹波的抑制方法

提高开关管的开关频率。开关频率越高，纹波越小。
加大电感和输出电容滤波。根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。
二级滤波（即再加一级LC滤波器）。LC滤波器对纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成LC滤波电路，一般能够很好的减小纹波。