开关电源之BUCK型开关电源

  　　对于电源来讲，有恒压电源和恒流电源，恒压电源用的最普遍，比如实验室的数

字电源，笔记本用的便携式电源等。恒流电源主要用于新型产业LED驱动电源上....在

恒压电源中有线性电源和开关电源，比如一个最小51单片机系统用的就是线性电源，

AC220经变压和整流，滤波后用三端稳压器稳压后就能得到自己想要的电流和电压，但

此种电源只能用在这小系统中，这种电源的特点是电压的尖峰和纹波比较小，脉动系

数比较小，但有一个致命的缺点是，不能提供大电流，十几个毫安或者几十个毫安还

是可以的，上了几个安培或者几十个安培，甚至上百个安培是绝对不能提供的，因为

此种电源的效率很低，即使能提供几个安培，估计元器件早就烧坏了，效率低也致命

的缺点，于是在这种情况下出现了开关电源，比如实验室用的数字电源，笔记本用的

便携式电源都是基于开关电源技术，一般设计好的开关电源都可以提供大电流，开关

电源的特点是效率高，但脉动系数大，尖峰和纹波也稍微大些，但设计好的开关电源

尖峰和纹波也是可以很小的。

 　　开关电源一般有BUCK型（也叫降压型），BOOST（也叫升压），还有很少用到

的BUCK-BOOST型（也叫升降压型），BUCK型开关电源就是降压到自己需要的电压，

其基本构造一般是大功率开关管（比如大功率MOS管，一般都用MOS管，还有专门的

POWER MOS）与负载串联构成，BOOST型一般是与负载并联而成，早期的开关电源

是利用开关管的线性区，通过改变MOS管的导通电阻的大小来改变其上的压差，根据

电阻分压原理，从而改变负载上的电压，从输出电压端采样电压后反馈到前级来有效

控制MOS管的导通电阻，从而来获得稳定的输出电压，在20世纪60年代很流行，是几

十亿美元产值的主要技术根据，但这种的效率还是很低，于是随后出现了MOS管工作

在非线性区即开关状态下的开关电源，正是MOS管的开和断，开关电源才因此而得

名，对于AC/DC的BUCK型开关电源，前级还是要经变压器降压，以及全波整流和滤波

后得到Udc，此时Udc的纹波还是较大，波动范围大概与电网电压的波动成线性比，大

概在正负10%左右，假设MOS管导通的时间为T1，截止的时间为T2，那么T1比

（T1+T2）的值就是占空比q，假设输出电压为Uo,那么理论上Uo=q*Udc，在Udc与Uo之

间需要加续流肖特基和LC滤波电路，以便得到尖峰和纹波更小的输出电压Uo,电感和电

容的值不能太小，否则开关电源会设计失败，在Uo输出端需要加电阻来采样电压，然

后反馈到误差放大器，误差放大器输出的电压与锯齿波构成电压比较器，输出方波，

然后加驱动电路，也叫PWM驱动电路，然后控制开关管，来及时调节导通和关断的时

间比，输出稳定的电压。这就是BUCK型开关电源的基本工作原理，这种电源的效率基

本可以达到70%~80%，如果能有效控制电网电压的波动范围，效率还可以提高，现在

基本上比较好的电源的电网电压波动可以做到正负5%（这就涉及到变压器技术）。对

于DC/DC的BUCK型开关电源，效率可以更高，比如蓄电池供电，去点亮大功率LED，

这时就需要驱动电路，也叫LED驱动模块（本人所在的公司就是设计此类驱动的）而

驱动电路就是基于开关电源技术，由于是直流输入，输入电压的波动范围比交流输入

的波动范围要小得多，所以效率可以高达90%多.....对于整个电路中的MOS管，误差放

大器，电压比较器，PWM驱动电路现在有的公司已经将其做成芯片，将其集中在芯片

内部，而且有的公司做的很好，误差很小，要输出稳定的，尖峰和纹波比较小的输出

电压，无非就是要控制MOS管的占空比很准确，这也就成了芯片做得好与坏的区别之

处，那么只要在芯片外加上续流肖特基，LC电路以及其他一些电子器件就可以构成

BUCK型开关电源，当然，具体的参数，具体的波形，还是需要去调试和验证的，示波

器在此的作用可以说是很大很大。

 　　在AC/DC的BUCK型开关电源中，为了得到波动范围更小的Udc,变压器技术在此的

作用就显示出来，这一部分应该有专门的人去搞的...在我们国家市电是220V，50HZ，

所用的变压器叫做工频变压器，有的国家市电是110V，60HZ，那么工频变压器在这就

不适用了，所以就有高频变压器和低频变压器的出现等等，所以在此变压器技术也是

很关键，有的名牌开关电源公司做的电源无论拿到那个国家都是OK的，有的电源只能

在本国用，一到其他地方就不行了（这个我经历过，用香港的电子变压器给我们的

LED灯供电，结果闪烁...用内地的电子变压器供电就OK）。