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降壓（Buck）變換電路是一種輸出直流電壓小于等于輸入直流電壓的單管非隔離直流變換電路。降壓電路圖如圖1所示。
圖1 Buck變換電路
Buck變換電路的兩個工況如圖2所示，即主開關管導通和主開關管截止兩種情況。
圖2-1 主開關導通
圖2-2主開關截止
為了友善分析Buck電路的穩态特性，簡化推導公式過程，給出如下假設：
1）開關管、二極管均是理想器件，即不考慮導通時的管壓降、可以瞬時導通或瞬時截止，且截止時不産生漏電流。
2）電感、電容是理想元件。電感工作線上性區而沒有飽和，寄生電阻為0，電容的等效串聯電阻也為0。
1）輸出電壓中的紋波電壓與輸出電壓的比值很小，可以近視忽略。
首先，定義占空比D為開關管導通時間ton與開關周期Ts的比值，D=ton/Ts。
根據電感電流是否連續，Buck電路有3中工作模式，即：連續導電模式、不連續導電模式和臨界狀态。電感電流連續是指輸出濾波電感的電流始終大于0；電感電流不連續是指開關管在關斷期間有一段時間流過濾波電感的電流等于0；臨界狀态是指在這兩種工作模式之間有一個臨界連續模式，即在開關管關斷末期，濾波電感的電流剛好下降為0。
輸入電壓與輸出電壓關系的推導
下面具體分析一下工作穩态的情況，得出輸出與輸入之間的關系。
主開關導通時，如圖2-1所示，直流電源電壓通過開關管直接加到二極管兩端，二極管因承受反向電壓而截止。電流流過電感，穩态時輸入輸出電壓保持不變，則電感兩端電壓的極性為左+右-，忽略管壓降，可以得出電感電流線性上升的增量為
主開關截止時，Buck變換電路如圖2-2所示。電感兩端電壓的極性為左-右+，二極管導通，忽略二極管壓降，同樣認為電感中電流可近視為線性下降，下降的絕對量表示為
電路工作在穩态時，電感電流的波形必然周期性重複，開關管導通期間電流的增加量等于關斷期間電流的減少量，即i_L+=i_L-。進而可以推導出Uo=DUs。
可以看出，改變輸出電壓的大小，可以通過調節開關管的占空比得出。由于D<1，是以輸出電壓始終要小于輸入電壓，此為降壓特性。連續導電模式下，Buck變換電路的電壓增益為M=Uo/Us=D。
臨界狀态的電感值計算
如果在開關周期Ts處電感電流剛好将為0，則電感電流處于連續和斷續的臨界狀态。此時負載電流Io和電感電流i_L有如下i_L=2Io。其中，Io=Uo/R。進而可以得出臨界電感值
紋波電壓及電容的計算
流過電容的電流對電容充電産生的電壓稱為紋波電壓。它的表達式為
根據要求的紋波電壓和其他參數可求得電路中的電容值為
綜上可以看出，電感的取值大小與電路中的占空比、負載、開關頻率等有關，電容的取值與輸出電壓、紋波電壓、電感值、開關頻率、占空比等有關。值得說明的是，開關頻率越高，電感和電容的值越小。
實驗仿真結果
下面舉2個例子，具體說明電路設計過程。
例1，設計一個降壓變換電路，技術名額：輸入電壓200V，輸出電壓50V，紋波電壓為輸出電壓的0.2%，負載電阻20歐，工作頻率20KHz。
1）設計參數，主開關使用MOSFET器件，開關頻率20KHz；
2）輸入200V，輸出50V，可确定占空比D=0.2；
3）選擇電感
在實際中，實際電感值可選擇1.3倍的臨界電感值，即H=1.3Lc=6e-4H。
4）根據紋波電壓計算電容值：
5）設計仿真電路圖
6）仿真結果
例2，設計一個Buck變換電路，技術名額：輸入電壓65V，輸出電壓5V，紋波電壓為輸出電壓的0.2%，負載電阻10歐，工作頻率10KHz。
1）設計參數，主開關使用IGBT器件，開關頻率10KHz；
2）為了計算友善，利用Matlab寫了一個計算占空比、電感、電容的程式，如圖所示
3）設計仿真電路圖
4）仿真結果
MATLAB仿真程式：
連結：https://pan.baidu.com/s/1QK9aOZMFqAxlfdHagvKlwQ?pwd=1130
提取碼：1130