BUCK拓扑的起源（一）

电源的本质就是能量搬运，而电子的世界中无非是电压和电流的问题，而电容代表的电压，电感代表的是电流，那用一个电流对电容充电是不是解决了电容能量补给的问题，那用什么器件对电容进行充电呢？

换句话哪个器件可以控制电流的大小呢？是不是电感和电阻都可以实现控制电流，看一下图一，通过电阻对电容充电，那这个电阻上是会消耗能量的，同样会降低电源的效率，所以这里我们不要用电阻给电容进行充电，那来看一下电感给电容充电电路图二，电感本身是无源器件不消耗能量对吧，电感可以通过电流的方式来转移电荷数,电容可以存储电荷数，电感和电容结合到一起是不是可以得到一个我们想要的输出电压，那回路上没有损耗直接所有的能量都给电容搬运过去了，效率是很高的。

▲图一

▲图二

电容两端的电压是不能激变的，但是电容两端的电流是可以激变的，也就是说在初始上电阶段电容两端电压为零，此时给电容充电，电容相当于短路，那这个时候的充电电流会从零突然出现，我们称这个突然出现的电流为浪涌电流，那此时的di/dt也是很大的对EMC、EMI也有很大的影响，所以需要想办法来解决这个di/dt的突变。

来看一下电感，电感两端的电压是可以激变的，但是电流是不能激变的，也就是说电感有遏制电流变化的能力，但是电感两端会有尖峰电压产生，即dv/dt比较大，同样会对EMC、ENI有较大的影响。

综合电容和电感的特性，是不是得到一个结论，电感上电流不能激变，电压可以激变，电容上电压不能激变，电流可以激变，看到这个结论是不是会想到用电感控制电容上的电流不激变，用电容控制电感上电压不激变，那电容和电感结合是不是最佳搭档，电容和电感结合到一起既不会出现浪涌电流也不会出现尖峰电压。

▲图三

那对电容充电就使用电感好吧，电容和电感是不是需要串联到一起如图三所示，串联电感的目的是为了遏制电容的浪涌电流，那这个电感需要接到Vbus端才会有能量下来回路如图三所示，那这个时候新的问题就出现了，电感的电流会一直上升，一开始从零开始上升，电感可以有效抑制电容的浪涌电流，但是随着时间的推移电感电流逐步上升，最终会到达电感的饱和点，到达电感饱和点以后电感就没有遏制电流的能力了，电感电流会直线上升，如图四所示，假设电感的饱和电流是1A，1A以下电感有遏制电流的能力，过了1A饱和点后电感上的电流就会一直上升直到电感损坏。

▲图四

如图五示我们需要输出电容上的电压是12V，输入高于输出,比如说Vbus=30V，那么电容上是不能一直充电的，一直充电会出现两个问题，一是电感会饱和，二是电容上的电压会等于Vbus电压，这都不是我们想要的，那么需要想个办法解决这个问题，那可以不可以充一会关一会，这样电感电流不会饱和，电容电压也不会到达Vbus,那是不是就需要开关来控制一下，加入开关以后的电路如图六示，如果想电感两端电压不激变，那开关是不是不能突然间断开，但是图中的开关会突然断开，那Vbus上的能量就下不来了，电感从Vbus下来的电流也就没有了。

▲图五

▲图六

看一下图七，这个时候开关突然断开，电感需要维持自身电流不下降，就会感应出一个左负右正的自感电动势，图七中电感右边的电压接电容，那电感右端电压就是电容上的电压了，不会在改变，为了维持电感自身电流不降低，那电感两端的压降持续升高，由于电感右侧电压固定，那在电感的左端会形成一个很深很深的负压，而且开关上边接的是Vbus电压，假设Vbus是310V那开关的下面是一个很深的负压，那这个开关的耐压是不是会不够，上正下负，而且负端很深，那这个开关最终会被击穿。

▲图七

电感上的尖峰电压是怎么产生的呢？

简单点说是电感本身特性所导致的，电感具有自感作用，这个一定要记住。我们从物理方面分析一下，电感具有遏制电流的作用，但是当开关突然断开后，那电路中电流是不是瞬间降为零的，开关断开后还会不会有电流呢？一个断开的回路，电流从何而来呢？

开关断开后回路没有了，那电流更不可能有了，但是模电研究的是过程，电感电流从有到无这个过程是需要我们研究思考的。

这个电流从有到无的过程中,电感是有遏制电流的能力的，那电流下降，电感需要努力阻止电流下降，怎么才能使得电流不下降呢，这个时候电感会感应出一个右正左负的电压，但是实际电路中开关是断开的，电流还是会持续下降的，电感需要感应出更高的左负右正的压差才能阻止电流继续下降。

那么由于开关是断开的，电流会持续下降到零，那这个过程中电感两端压差一直上升，电感一直努力阻止电流降低，尽管最终还是无能为力，电感也不会遗憾的，毕竟曾经努力过，虽然失败了但是虽败犹荣，那在这个过程中实际上电感两端就会产生尖峰电压，由于电感右端被电容电压锁定 ,那只能是在电感左端出现深度负压才能升高电感两端压差了是吧，时间又很短，电流变化又很大，就会形成一个很大的di/dt，那尖峰电压就会十分高，那么这个开关就会被击穿，那怎样操作才能使的di/dt降低呢？

我们下回分析。

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