2. 拓扑结构基础（一）：Buck（降压）变换器的工作原理、连续与断续导通模式（CCM与DCM）

好，咱们正式开始聊拓扑。很多新手一上来就盯着各种复杂的桥式、LLC看，我个人觉得，先把Buck吃透，后面一大半拓扑你都能触类旁通。Buck变换器，说白了就是降压，把高的直流电压变成低的直流电压。你手机充电器里、电脑主板供电上，到处都有它的影子。

2.1 Buck变换器的基本工作原理

先看一个最简化的Buck电路：一个开关管（MOSFET）、一个二极管（续流管）、一个电感和一个输出电容。输入是Vin，输出是Vout，且Vout < Vin。

工作过程分两个阶段：

1. 开关管导通阶段（Ton）： 开关管S导通，二极管D反偏截止。输入电压Vin通过S给电感L充电，同时给负载供电。电感电流线性上升，电感储存能量。此时电感两端电压为 Vin - Vout。
2. 开关管关断阶段（Toff）： 开关管S关断，由于电感电流不能突变，电感两端电压反向，迫使二极管D导通续流。电感释放能量，电流线性下降，继续给负载供电。此时电感两端电压为 -Vout（忽略二极管压降）。

嗯，这里要注意：电感在开关管导通时储能，在关断时放能。输出电压的稳定，靠的是这个“储能-放能”的平衡。

根据伏秒平衡原理（电感两端电压乘以时间的积分在一个周期内为零），我们可以推导出Buck变换器的稳态关系：

Vout = D * Vin

其中D是占空比，D = Ton / (Ton + Toff) = Ton / Ts。这个公式是理想情况下的结果，忽略了开关管压降、二极管压降和电感电阻。实际项目中，这些寄生参数都会让Vout略低于理论值。

2.2 连续导通模式（CCM）与断续导通模式（DCM）

这是Buck设计里一个非常重要的分水岭。很多工程师在调试时发现效率突然变差、纹波变大，往往就是没搞清楚CCM和DCM的区别。

这两种模式，取决于电感电流在开关周期结束时是否降为零。

• CCM（连续导通模式）： 在开关管关断阶段结束时，电感电流仍然大于零。电感始终有电流流过，能量连续传递。
• DCM（断续导通模式）： 在开关管关断阶段结束前，电感电流已经降为零。电感电流有一段“死区”，能量传递是断续的。

为什么会进入DCM？说白了，就是负载太轻，或者电感量太小。你想想看，负载需要的电流很小，电感里储存的能量还没放完，下一个周期又来了，但电感电流已经降到零了，自然就断开了。

2.3 CCM与DCM的临界条件

临界点，就是电感电流刚好在开关周期结束时降为零。这个点对应的负载电流，我们叫临界电流（Icrit）。

计算公式如下：

Icrit = (Vin - Vout) * Ton / (2 * L)
      = Vout * (1 - D) * Ts / (2 * L)

当负载电流 Iout > Icrit 时，电路工作在CCM模式；当 Iout < Icrit 时，电路工作在DCM模式。

我曾经在一个12V转5V的Buck项目里，因为电感选小了，轻载时纹波飙到200mV，后来换成大电感，纹波降到30mV。嗯，电感的选择直接影响模式边界。

2.4 CCM与DCM的电压增益差异

这里有个坑：CCM和DCM的电压增益公式不一样。

• CCM模式： Vout = D * Vin（与负载无关，只与占空比有关）
• DCM模式： Vout = Vin * (2 * D) / (D + sqrt(D² + 8 * L * Fs / R))（与负载R、电感L、频率Fs都有关）

你看，DCM模式下，输出电压不仅受占空比影响，还受负载影响。这意味着，如果你在DCM模式下设计反馈环路，补偿网络需要更小心，否则容易不稳定。

2.5 知识结构图：Buck变换器核心概念

下面这张图，帮你把Buck变换器的核心知识点串起来。从输入到输出，从CCM到DCM，一目了然。

2.6 实际设计中的模式选择建议

在实际项目中，怎么选？我一般遵循这几个原则：

• 重载、高效率要求： 优先设计在CCM模式。CCM的电流纹波小，对电容应力小，且环路设计相对简单。
• 轻载、待机功耗要求： 允许进入DCM模式。DCM在轻载时开关损耗更低，但要注意纹波和环路稳定性。
• 宽负载范围： 建议采用“CCM/DCM自动切换”设计。很多控制芯片（如LM2596、TPS5430）内部已经集成了模式切换逻辑，你只需要根据数据手册选择合适的电感和电容即可。

好了，Buck变换器的核心原理和CCM/DCM模式就聊到这里。记住，理解这些基础，后面再学Boost、Buck-Boost甚至反激变换器，你会发现很多规律是相通的。