开关电源基础：Buck、Boost、Buck-Boost 拓扑与工作模式
做数字电源环路设计，第一步不是调参数，而是吃透拓扑。我见过不少工程师上来就怼补偿器，结果连电感电流是连续还是断续都没搞清楚——环路能稳才怪。这一章咱们把三种最基础的拓扑掰开揉碎，顺便把 CCM 和 DCM 这两个核心概念讲透。
Buck 降压拓扑：最常用的“砍波”电路
Buck 电路说白了就是用一个开关管把输入电压斩成方波，再通过 LC 滤波得到直流。它的核心关系很简单：Vout = D × Vin，其中 D 是占空比。
我在项目中遇到过最典型的坑：输出电容 ESR 太大，导致纹波电压超标。你想想看，电感电流纹波本身不大，但流过 ESR 就会产生压降，这个压降直接叠加在输出电压上。所以选电容时别只看容值，ESR 才是关键。
Vout = D × Vin（CCM 下）
电感伏秒平衡：Vin × D × T = (Vin - Vout) × (1-D) × T
Boost 升压拓扑：低压侧的“增压泵”
Boost 电路的工作逻辑跟 Buck 正好相反。开关管导通时，电感储能；开关管关断时，电感释放能量，叠加到输入电压上，形成更高的输出电压。
Boost 有个让人头疼的问题：启动瞬间的浪涌电流。我记得有一次调试一个 5V 升 12V 的电路，上电瞬间电流直接冲到 8A，把输入保险烧了。后来加了软启动电路才解决。嗯，这里要注意：Boost 的输出电容在启动时会被输入电压直接充电，浪涌电流不可忽视。
Buck-Boost 拓扑：正负压都能搞定
Buck-Boost 电路可以输出比输入高、低或相等的电压。它的结构其实是在 Buck 和 Boost 之间切换——但要注意，它的输出电压是反相的。
我曾经用 Buck-Boost 给运放供电，输出 -12V。调试时发现电感啸叫，一查是 DCM 模式下的次谐波振荡。解决办法很简单：增加电感值，让电路工作在 CCM 下，或者加斜率补偿。
| 拓扑 | 输出电压范围 | 输入输出极性 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| Buck | Vout ≤ Vin | 同相 | CPU 供电、电池降压 |
| Boost | Vout ≥ Vin | 同相 | LED 驱动、电池升压 |
| Buck-Boost | Vout 可高可低 | 反相 | 负压电源、电池稳压 |
CCM 与 DCM：电感电流的两种“性格”
连续导通模式（CCM）和断续导通模式（DCM）的区别，说白了就是电感电流有没有降到零。
- CCM：电感电流始终大于零。适合大电流、高效率场景，但动态响应慢。
- DCM：电感电流在每个周期都会降到零。适合轻载，动态响应快，但纹波大。
我刚开始做电源时，总觉得 DCM 效率低，所以一直追求 CCM。后来发现，在轻载下 DCM 反而效率更高——因为开关损耗降低了。所以现在我的习惯是：重载用 CCM，轻载切 DCM，中间加个过渡模式。
稳态分析：伏秒平衡与电荷平衡
稳态分析是环路建模的基础。两个核心原则：
- 电感伏秒平衡：稳态下，电感两端电压在一个周期内的积分必须为零。
- 电容电荷平衡：稳态下，流入电容的净电荷在一个周期内必须为零。
举个例子，Buck 电路在 CCM 下：
开关管导通时：VL = Vin - Vout
开关管关断时：VL = -Vout
伏秒平衡：(Vin - Vout) × D × T = Vout × (1-D) × T
化简得：Vout = D × Vin你看，只要抓住伏秒平衡，所有拓扑的稳态关系都能推导出来。我建议你每次设计新拓扑时，先手算一遍伏秒平衡，再仿真验证。这样能避免很多低级错误。
知识体系总览
下面这张图把本章的核心逻辑串起来了。从拓扑选择到工作模式，再到稳态分析，每一步都环环相扣。
本章小结
这一章我们覆盖了三个核心拓扑、两种工作模式，以及稳态分析的基本方法。我个人觉得，理解这些基础比背公式更重要。公式可以查，但物理直觉需要反复练习才能建立。