在 DC - DC 电路里，升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck - Boost）这三种基本拓扑结构，通过开关管（像 MOSFET 这类）、电感、二极管以及电容的协同配合，实现了电压的转换。下面将为大家详细阐述它们的电路结构和工作原理。
降压电路（Buck Converter）
关键元件特性：
开关管（S）：它的主要作用是导通或者关断电流，常见的开关管类型有三极管、MOSFET、IGBT。在实际应用中，MOSFET 以其低导通电阻、高开关速度等优点，被广泛应用于降压电路中。
电感（L）：电感能够将电能转换成磁能储存起来，也能把磁能再转换成电能释放。在电能和磁能转换过程中，电感的正负极会发生反向。而且，流过电感的电流不能突变，只能逐渐变大或者变小。这一特性使得电感在电路中起到了稳定电流的作用。
电容（C）：电容具备存放电的功能。当电容两端电压高于外部电路电压时，电容放电；反之则充电。与电感不同的是，电容充放电不会发生正负极反向，并且电容电压也不会突变。电容在电路中主要起到滤波和储能的作用。
二极管（D）：具有单向导电性，它可以防止电流反向流动，保证电路的正常运行。
工作原理：
（1）S 导通阶段（S ON）
当开关管 S 闭合时，电流会流过电感 L、电容 C 以及负载。此时，电感 L 将电能转换成磁能储存起来，电感呈现左正右负的状态，电容 C 开始充电，负载电压会从 0V 逐渐增大到 3V。
（2）S 关断阶段（S OFF）
当开关管 S 断开时，电感 L 将储存的磁能转换成电能释放出来，电感的正负极发生反向，变成左负右正，此时电感相当于一个电源。电容 C 开始放电，负载电压会逐渐变小。
（3）降压过程
假设输入电压为 5V，需要输出 3V 的电压。通过控制开关管 S 导通，使负载电压逐渐增大到 3V。当输出电压大于 3V 时，立即断开 S，由电感 L 供电，负载电压会逐渐变小。通过控制开关管 S 的开关频率，就能控制电感的储能和释能过程，使输出电压基本稳定在 3V 左右。
电容的作用：在电感发生极性反向的那一瞬间，电感无法给负载供电，此时就需要电容来供电，电容起到了滤波的作用，使输出电压更加平滑。
（4）输出电压公式
特点：降压电路效率通常较高，一般大于 90%，但它要求输入电压必须高于输出电压。其典型应用场景包括将 12V 转换为 5V、5V 转换为 3.3V 等。
升压电路（Boost Converter）
关键元件特性：与降压电路的关键元件特性相同。
工作原理：以将 5V 升压到 12V 为例
（1）S 闭合时，当闭合时间 T 约为 2.2μs 时，电感上的电流约为 2.4A，电流通过开关流回负极。
（2）S 断开时，由于电感电流不能突变，电流以 2.4A 的大小流过负载，负载电阻为 5Ω，根据欧姆定律 U = IR，此时负载电压为 12V。
（3）为了使输出电压更加平滑，通常会加入一个电容和二极管。
当 S 闭合时，电流流过电感和开关，电感进行储能，此时电感左正右负，Ub = 0V。由于二极管的单向导电性，此时电源电流无法流过负载，而电容放电给负载供电。
当 S 断开时，由于电感电流不能突变，电感极性反向，变成左负右正，电感释放能量，给电容充电，同时给负载供电。
image
（占空比 DD 越接近 1，输出电压越高）
特点：升压电路的输入电流连续，但输出纹波较大。其典型应用场景是将锂电池（3.7V）升压至 5V 或 12V。
升降压电路（Buck - Boost Converter）
功能：升降压电路的输出电压可高于或低于输入电压，并且输出电压的极性与输入相反。
电路结构：
工作原理：
开关导通阶段（S ON）：开关管闭合，电感开始储能，电流增大，二极管截止，此时负载由电容供电。
开关关断阶段（S OFF）：开关管断开，电感释放储存的能量，通过二极管为负载和电容供电，输出电压极性与输入相反。
输出电压公式：
（通过调节 DD 实现升压或降压）
改进版本（非反相）：SEPIC 和?uk 拓扑可实现非反相升降压，但需要更多的元件。
特点：升降压电路输出极性反转，效率低于 Buck/Boost 电路。其典型应用场景是在电池供电设备中，实现宽输入电压范围（如 3V - 12V 转 5V）的电压转换。
关键对比总结
实现要点
开关频率：采用高频（几百 kHz 至 MHz）可以减小电感和电容的体积，但会增加开关损耗。在实际设计中，需要根据具体需求权衡开关频率的选择。
同步整流：用 MOSFET 替代二极管（如同步 Buck 电路），可以提高电路的效率。这是因为 MOSFET 的导通电阻比二极管小，能够减少能量损耗。
控制模式：常见的控制模式有 PWM（固定频率）、PFM（轻载时降频）等。不同的控制模式适用于不同的应用场景，设计者需要根据电路的负载情况和性能要求选择合适的控制模式。
