3. DC-DC 降压转换器（Buck）基础

Buck 电路，说白了就是降压用的。把高的直流电压，比如 12V、24V，稳稳地降到低的直流电压，比如 3.3V、5V。这玩意儿在咱们电源工程师手里，就跟厨师手里的炒勺一样，天天用。我刚开始接触电源设计那会儿，觉得 Buck 电路不就是个开关加个电感嘛，有啥难的？后来真踩了坑才发现，里面的门道深着呢。

3.1 Buck 拓扑结构：核心三要素

一个标准的 Buck 电路，核心就三个东西：开关管（Q）、续流二极管（D）、储能电感（L）。再加上输入输出电容，就齐活了。

它的工作逻辑其实很简单：开关管导通时，输入电源通过电感给负载供电，同时电感储存能量；开关管关断时，电感通过续流二极管释放能量，维持负载电流不断。

我习惯把 Buck 电路分成两个回路来看：

• 充电回路： 开关管导通，电流从 Vin → Q → L → Cout → 负载 → GND。电感电流上升。
• 续流回路： 开关管关断，电流从 L → Cout → 负载 → D → L。电感电流下降。

这两个回路交替工作，就实现了降压。嗯，这里要注意，续流回路的路径阻抗非常关键。我曾经在一个项目中，因为 PCB 布局时续流回路走线过长，导致输出纹波大了将近一倍，后来把回路面积缩小才解决。

3.2 连续模式（CCM）与断续模式（DCM）

这是 Buck 电路里一个绕不开的话题。你想想看，电感电流会不会在开关周期内降到零？

• CCM（Continuous Conduction Mode）： 电感电流始终大于零，没有归零的时刻。
• DCM（Discontinuous Conduction Mode）： 电感电流在开关管关断期间会降到零，并保持一段时间。

这两种模式，说白了就是负载电流大小和电感量共同决定的。负载重（电流大），电感大，就容易工作在 CCM；负载轻（电流小），电感小，就容易进入 DCM。

这里有个关键点：CCM 和 DCM 的传递函数不一样。如果你用 CCM 的参数去补偿一个工作在 DCM 的环路，系统很可能不稳定。我曾经在一个便携设备项目中，没注意轻载时的模式切换，结果输出在 50mA 负载下振荡得厉害，后来加了假负载才稳住。

特性	CCM	DCM
电感电流	始终 > 0	会降到 0
输出纹波	较小	较大
轻载效率	较低	较高
环路补偿	相对简单	较复杂
适用场景	重载、固定负载	轻载、待机模式

3.3 电感选型：核心参数与避坑

电感是 Buck 电路的灵魂。选错了，整个电路都白搭。我一般看这几个参数：

1. 电感值（L）： 决定了纹波电流的大小。电感越大，纹波越小，但动态响应越慢。
2. 饱和电流（I_sat）： 电感能承受的最大峰值电流。超过这个值，电感量会急剧下降，电路可能失控。
3. 直流电阻（DCR）： 直接影响效率。DCR 越大，发热越严重。
4. 自谐振频率（SRF）： 工作频率必须远低于 SRF，否则电感就变成电容了。

选电感值时，有个经验公式：

举个例子：输入 12V，输出 3.3V，开关频率 500kHz，负载 2A。我习惯取纹波 30%，也就是 0.6A。那么：

D = 3.3 / 12 = 0.275
L = (12 - 3.3) × 0.275 / (500e3 × 0.6) ≈ 8.0 μH

实际选型时，我会选 10μH 左右的电感，留点余量。饱和电流至少要大于最大峰值电流：I_peak = I_{load_max} + ΔI_L/2 = 2 + 0.3 = 2.3A。所以选 3A 以上的饱和电流比较稳妥。

3.4 电容选型：输入与输出

电容选型分两块：输入电容和输出电容。它们的作用完全不同。

3.4.1 输入电容

输入电容主要用来吸收开关管导通瞬间的高频电流脉冲。如果输入电容不够，输入电压会剧烈波动，甚至影响前级电源。

• 类型： 我习惯用 MLCC（多层陶瓷电容），ESR 低，高频特性好。
• 容值： 一般取 10μF ~ 100μF，具体看输入电流纹波大小。
• 耐压： 至少是输入电压的 1.5 倍。

3.4.2 输出电容

输出电容决定了输出电压的纹波大小和动态响应速度。

• 纹波电压： ΔV_out ≈ ΔI_L × ESR + ΔI_L / (8 × f_sw × C_out)
• 类型： 低 ESR 的 MLCC 或钽电容。我偏好 MLCC，但要注意 DC 偏压特性——MLCC 在加直流电压后容值会下降，有时能降 50% 以上。

嗯，这里要特别提醒一下：电容的 ESR 不是越小越好。ESR 太小，环路补偿的零点频率会很高，可能导致系统不稳定。我见过有人为了追求极低纹波，用了超大容量、超低 ESR 的电容，结果环路振荡了。所以选型时一定要结合控制芯片的补偿网络来考虑。