上一篇我們開始討論 buck converter 的電路原理：利用電感儲(chǔ)能時(shí)的串聯(lián)壓降，可以得到比輸入電壓低的輸出電壓。這一回我們要來看看如何控制這個(gè)電路的輸出電壓。

電壓與工作周期

根據(jù)上次的說明，我們知道 buck converter 和 boost converter 一樣，它們都是動(dòng)態(tài)工作的電路，交換開關(guān) SW1 必須不斷在導(dǎo)通、斷開之間切換，讓能量反復(fù)儲(chǔ)存在電感 L1 中，或是從 L1 中釋放出來。

SW1 導(dǎo)通和斷開的時(shí)間都不能太長(zhǎng)。導(dǎo)通時(shí)間太長(zhǎng)的話會(huì)造成電感飽和，電感一旦飽和，就無法再儲(chǔ)存更多的能量，導(dǎo)致電感失去電感的特性，變成一個(gè)只有很小電阻的組件，流過它的電流就會(huì)突然增大；而 SW1 斷開時(shí)間太長(zhǎng)的話，當(dāng)電感里儲(chǔ)存的能量釋放完后，就不會(huì)再有電流經(jīng)過 D1 流過回路，這時(shí)就沒有輸出了。

至于 buck converter 的輸出電壓有多低，比輸入的電壓低多少，一樣是由 SW1 導(dǎo)通和斷開之間的時(shí)間比例來決定的。這個(gè)公式是：

VOUT/VIN= D

D =TON/T

D 叫做 SW1 的 duty cycle，中國(guó)大陸翻譯成「占空比」，臺(tái)灣地區(qū)則比較常用「工作周期」這個(gè)翻譯，它指的是 SW1 導(dǎo)通的時(shí)間占整個(gè)切換時(shí)間的比例，因此也可以寫成：

D =TON /（TON + TOFF）

由于 D 不可能大于 1，所以根據(jù)上面的公式，輸出電壓只會(huì)小于輸入電壓。

從上面的式子來看，我們也知道降壓比和工作周期之間是線性的關(guān)系：

Boost converter 的電壓公式，因?yàn)?D 在分母，所以圖畫出來是個(gè)雙曲線，但 buck converter 的電壓公式中，D 與降壓比呈線性的關(guān)系，因此不管 D 在哪一個(gè)區(qū)間，D 的變化量與降壓比的變化量都會(huì)呈線性的關(guān)系，所以說 buck converter 無論在哪個(gè)降壓比，控制的穩(wěn)定性都差不多。

穩(wěn)壓控制

如同其它我們已經(jīng)聊過很多的電源系統(tǒng)一樣，這里的 buck converter 也是的「穩(wěn)壓」電壓：它會(huì)不斷地監(jiān)控輸出電壓，并調(diào)控電路的運(yùn)作，讓輸出的電壓維持恒定，無論負(fù)載是大還是小。

而知道輸出電壓與 duty cycle 之間的關(guān)系之后，就可以設(shè)計(jì)控制電路了。

我們將 SW1 換成一個(gè)可以用電路控制開關(guān)的晶體管，然后再設(shè)計(jì)一個(gè)電壓偵測(cè)與控制電路。

當(dāng)我們偵測(cè)到輸出電壓比目標(biāo)的電壓高時(shí)，就要把 SW1 切換的 duty cycle 調(diào)小；當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)輸出的電壓比目標(biāo)的電壓低時(shí)，就要把 SW1 切換的 duty cycle 調(diào)大。如此如此周而復(fù)始，就可以將輸出的電壓穩(wěn)定在一定的范圍。

又是 MC34063A

我們之前在介紹 boost cconverter 時(shí)，曾經(jīng)用 MC34063A 這顆歷久彌新的交換式電源 IC 來示范 boost converter的設(shè)計(jì)；同樣地，buck converter 也可以用 MC34063A 來設(shè)計(jì)。

我們先來復(fù)習(xí)一下 MC34063A 內(nèi)部的結(jié)構(gòu)：

M34063A 里面有一個(gè)可以用電容器控制頻率的振蕩器、一個(gè) 1.25V 的參考電壓源、電壓比較器，以及最重要的：將電壓比較器的輸出與振蕩器產(chǎn)生的頻率結(jié)合產(chǎn)生控制訊號(hào)的邏輯。

如果我們把 MC34063A 內(nèi)部的功能畫在 buck converter 的電路上，就會(huì)是這樣：

為什么同樣的控制電路，既可以用在 boost converter 上，也可以用在 buck converter 上呢？我們?cè)賮肀容^一下 boost converter 和 buck converter 的電壓控制公式：

Boostconverter: VOUT /VIN= 1 /( 1 – D)

Buckconverter: VOUT /VIN= D

在輸入電壓不變的前提下，不管是 boost converter 還是 buck converter 的輸出電壓都與 D 呈正相關(guān)，也就是 D 越大，輸出電壓就越高，因此盡管控制的曲線不太一樣（boost converter 是雙曲線、buck converter 是直線），它們都可以用同樣的控制邏輯來控制，也就是「如果電壓太低，就將 D 調(diào)大一點(diǎn)；如果電壓太高，就將 D 調(diào)小一點(diǎn)」。

其實(shí)從電路運(yùn)作的原理來看，這個(gè)結(jié)果是必然的，因?yàn)椴还?buck converter 還是 boost converter，在 TON 時(shí)都是將輸入的能量?jī)?chǔ)存在電感中，而在 TOFF 時(shí)釋放能量；TON 占整體周期的時(shí)間越長(zhǎng)，相對(duì)來說儲(chǔ)存在電感中的能量就越多，輸出的電壓當(dāng)然就越高。

MC34063A 里面就是用一個(gè)震蕩電路、一組電壓比較器來實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯。震蕩電路持續(xù)產(chǎn)生切換 SW1 所需要的方波，而電壓比較器則持續(xù)將經(jīng)過分壓之后的輸出電壓與參考電壓 1.25V 比較。如果輸出電壓小于參考電壓，就讓振蕩器的輸出脈波通過，去驅(qū)動(dòng)開關(guān)晶體管；如果輸出電壓大于參考電壓，就休兵一下，不要讓振蕩器的脈波送往開關(guān)晶體管。

至于詳細(xì)的 MC34063A 的震蕩電路、電壓比較器以及控制邏輯的工作原理，在介紹 boost converter 時(shí)已經(jīng)說明過，在此就不再贅述。沒有跟上的讀者可以回去翻一下本系列的第三回。

小結(jié)

這一回我們看了 buck converter 的 duty cycle 與輸入、輸出電壓之間的關(guān)系，以及讓 MC34063A 再度登場(chǎng)，并比較了 buck converter 與 boost converter 在控制上的諸多相似之處。下一回，我們要繼續(xù)用 MC34063A 來設(shè)計(jì) buck converter 電路。

審核編輯：湯梓紅