Buck电路设计入门：降压变换器是怎么把电压降下来的
Buck 电路是开关电源里最基础、用得最多的拓扑之一，功能就是把高的直流电压变成低的直流电压。手机充电器、电脑主板上的 CPU 供电、LED 驱动，里面都有 Buck 电路的身影。别看它简单，要把 Buck 电路设计好，里面门道不少。
Buck 电路的核心元器件就四个：开关管（通常是 MOSFET）、续流二极管、电感和输出电容。工作原理一句话概括：开关管高速开关，把输入电压斩波成脉冲，电感和电容把这个脉冲平滑成稳定的低压直流。
具体过程是这样的。开关管导通时，电流从输入端经过开关管、电感流向负载，同时给输出电容充电，电感上的电流线性上升，储存能量。开关管关断时，电感里的电流不能突变，于是通过续流二极管形成回路，电感释放能量继续给负载供电，电流线性下降。开关管以很高的频率（几十 kHz 到几 MHz）反复开关，输出端就得到了一个平均电压，这个平均值等于输入电压乘以占空比（D = Ton / T）。所以 Buck 电路的输出电压 Vo = Vin × D，只要调节占空比就能调节输出电压。
电感是 Buck 电路里最核心的元件，选型直接决定了电路的性能。电感值太小，电流纹波大，输出电压不稳，还可能进入断续导通模式（DCM）；电感值太大，动态响应差，体积也变大。一般按纹波电流为额定输出电流的 20% 到 40% 来选电感值。饱和电流要留有余量，至少比最大负载电流大 30%，不然电感饱和了电感量骤降，电流会急剧增大烧坏开关管。
输出电容主要影响输出电压纹波和负载瞬态响应。纹波由两部分组成：电容充放电引起的电压变化和电容的 ESR（等效串联电阻）引起的压降。低 ESR 的陶瓷电容或者固态电容是首选，普通的铝电解电容 ESR 大，纹波会很难看。很多设计里会并联几个不同容量的电容，比如 10μF 陶瓷电容滤高频，100μF 电解电容储能，这样高低频兼顾。
续流二极管在 Buck 电路里负责开关管关断时给电感电流提供通路。传统的 Buck 用肖特基二极管做续流，优点是简单、成本低，缺点是二极管有 0.3V 到 0.5V 的导通压降，电流大的时候损耗不小。高效率的 Buck 电路会把续流二极管换成同步整流 MOSFET，用另一个 MOS 管代替二极管，导通电阻只有几十毫欧，损耗小得多。现在市面上的 Buck 芯片大部分都是同步整流的了。
PCB 布局对 Buck 电路的性能影响很大。高频开关电流回路（输入电容→开关管→电感→输出电容→地）面积要尽可能小，不然寄生电感会产生电压尖峰和 EMI 问题。输入电容要贴近开关管的漏极和源极，输出电容贴近电感和负载。地线最好用完整的地平面，不要走细长的地线。
Buck 电路的占空比理论上最大接近 100%，但实际中受开关管导通电阻、电感直流电阻、续流管压降的限制，输入输出压差太小的时候（比如 Vin 只比 Vo 高 0.5V），普通 Buck 就力不从心了。这时候要用 LDO 或者特殊的低压差 Buck 架构。
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