在直流-直流(DC-DC)變換電路中，BUCK電路因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、紋波小等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于電源適配器、電子設(shè)備供電、新能源汽車等領(lǐng)域，其核心功能是將輸入直流電壓(Vin)降壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出直流電壓(Vout)，BUCK電路又稱降壓斬波器，其基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由開(kāi)關(guān)管(如MOSFET)、續(xù)流二極管、電感、濾波電容和負(fù)載組成，核心工作原理基于“電感儲(chǔ)能、電容濾波”和脈寬調(diào)制(PWM)控制。正常工作時(shí)，PWM信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管高頻通斷，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比(D，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間與周期的比值)改變電感的儲(chǔ)能與釋能比例。

輸入電壓等于輸出電壓(Vin=Vout)是一種臨界異常工況，此時(shí)電路雖未完全喪失功能，但性能會(huì)顯著劣化，長(zhǎng)期運(yùn)行將埋下故障隱患。從理論公式分析，當(dāng)Vin=Vout時(shí)，根據(jù)Vout=D×Vin可知，需滿足占空比D=1，即開(kāi)關(guān)管持續(xù)導(dǎo)通、無(wú)關(guān)斷時(shí)間。這種情況下，BUCK電路的正常工作循環(huán)被打破，電感將處于持續(xù)儲(chǔ)能狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)入釋能階段，導(dǎo)致電感電流持續(xù)上升，遠(yuǎn)超其額定電流限值，進(jìn)而引發(fā)電感過(guò)熱、磁芯飽和等問(wèn)題。磁芯飽和后，電感量會(huì)急劇下降，電感失去儲(chǔ)能作用，輸出電壓紋波會(huì)大幅增大，無(wú)法維持穩(wěn)定輸出，影響后續(xù)負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行。

除電感異常外，開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管也會(huì)面臨額外應(yīng)力。開(kāi)關(guān)管長(zhǎng)期導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通損耗會(huì)顯著增加，尤其是大功率應(yīng)用場(chǎng)景中，熱量積累過(guò)快會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管結(jié)溫升高，超出安全范圍后會(huì)損壞開(kāi)關(guān)管。續(xù)流二極管則因開(kāi)關(guān)管持續(xù)導(dǎo)通而長(zhǎng)期處于反向截止?fàn)顟B(tài)，雖不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)通損耗，但反向耐壓應(yīng)力始終存在，若輸入電壓存在波動(dòng)，瞬間過(guò)壓可能導(dǎo)致二極管擊穿。此外，對(duì)于采用bootstrap電路驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的BUCK芯片，當(dāng)Vin=Vout時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)間極短，bootstrap電容充電時(shí)間嚴(yán)重不足，無(wú)法為開(kāi)關(guān)管柵極提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通不充分，進(jìn)一步增加導(dǎo)通損耗，形成惡性循環(huán)。

輸入電壓小于輸出電壓(Vin

這種工況下，電路的核心問(wèn)題集中在輸出不穩(wěn)定、元器件應(yīng)力過(guò)大和保護(hù)機(jī)制觸發(fā)三個(gè)方面。輸出端而言，由于電感儲(chǔ)能不足，輸出電壓會(huì)隨負(fù)載變化出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，紋波電壓遠(yuǎn)超允許范圍，甚至出現(xiàn)輸出電壓為零的情況，無(wú)法為負(fù)載提供穩(wěn)定供電，可能導(dǎo)致負(fù)載設(shè)備死機(jī)、損壞。元器件方面，開(kāi)關(guān)管會(huì)因反饋回路的調(diào)節(jié)作用，持續(xù)處于高頻通斷狀態(tài)，且占空比接近1，導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗疊加，溫度急劇升高;續(xù)流二極管則會(huì)因電感反向電動(dòng)勢(shì)不足，出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，反向恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)生較大的反向恢復(fù)損耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致二極管燒毀。同時(shí)，多數(shù)BUCK芯片內(nèi)置欠壓鎖定(UVLO)保護(hù)功能，當(dāng)輸入電壓低于設(shè)定閾值時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，避免電路進(jìn)一步損壞，此時(shí)電路將完全停止工作，直至輸入電壓恢復(fù)正常。

導(dǎo)致BUCK電路出現(xiàn)Vin=Vout和Vin

針對(duì)上述異常工況，可采取相應(yīng)的優(yōu)化措施避免或緩解問(wèn)題。一是優(yōu)化輸入電路，增加輸入濾波電容和穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，抑制輸入電壓波動(dòng)，對(duì)于電池供電系統(tǒng)，可增設(shè)升壓模塊，確保輸入電壓始終高于輸出電壓設(shè)定值;二是合理選型元器件，選擇電感量合適、飽和電流較大的電感，降低磁芯飽和風(fēng)險(xiǎn)，選用導(dǎo)通損耗小、反向恢復(fù)性能好的開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管，提升電路抗應(yīng)力能力;三是優(yōu)化控制邏輯，擴(kuò)大占空比調(diào)節(jié)范圍，設(shè)計(jì)快速響應(yīng)的反饋回路，使電路能夠及時(shí)適應(yīng)輸入和負(fù)載變化，避免占空比長(zhǎng)期處于極限值。此外，可選用具備寬輸入電壓范圍和完善保護(hù)功能的BUCK芯片，利用其UVLO、過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)功能，在異常工況下及時(shí)關(guān)斷電路，保護(hù)元器件安全。

綜上，BUCK電路的正常工作依賴于Vin>Vout的基本條件，輸入電壓等于或小于輸出電壓時(shí)，會(huì)引發(fā)電感飽和、元器件過(guò)熱、輸出不穩(wěn)定等一系列問(wèn)題，甚至導(dǎo)致電路失效。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，需充分考慮輸入電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)、元器件選型和控制邏輯優(yōu)化，避免異常工況的出現(xiàn)。同時(shí)，深入理解兩種異常工況的工作特性，可為電路調(diào)試和故障排查提供依據(jù)，確保BUCK電路穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，延長(zhǎng)整個(gè)電子系統(tǒng)的使用壽命。