BUCK电路输入电压等于与小于输出电压时的工作问题探析

在直流-直流(DC-DC)变换电路中，BUCK电路因结构简单、效率高、纹波小等优势，被广泛应用于电源适配器、电子设备供电、新能源汽车等领域，其核心功能是将输入直流电压(Vin)降压转换为稳定的输出直流电压(Vout)，BUCK电路又称降压斩波器，其基本拓扑结构由开关管(如MOSFET)、续流二极管、电感、滤波电容和负载组成，核心工作原理基于“电感储能、电容滤波”和脉宽调制(PWM)控制。正常工作时，PWM信号控制开关管高频通断，通过调节占空比(D，开关管导通时间与周期的比值)改变电感的储能与释能比例。

输入电压等于输出电压(Vin=Vout)是一种临界异常工况，此时电路虽未完全丧失功能，但性能会显著劣化，长期运行将埋下故障隐患。从理论公式分析，当Vin=Vout时，根据Vout=D×Vin可知，需满足占空比D=1，即开关管持续导通、无关断时间。这种情况下，BUCK电路的正常工作循环被打破，电感将处于持续储能状态，无法进入释能阶段，导致电感电流持续上升，远超其额定电流限值，进而引发电感过热、磁芯饱和等问题。磁芯饱和后，电感量会急剧下降，电感失去储能作用，输出电压纹波会大幅增大，无法维持稳定输出，影响后续负载设备的正常运行。

除电感异常外，开关管和续流二极管也会面临额外应力。开关管长期导通时，导通损耗会显著增加，尤其是大功率应用场景中，热量积累过快会导致开关管结温升高，超出安全范围后会损坏开关管。续流二极管则因开关管持续导通而长期处于反向截止状态，虽不会产生导通损耗，但反向耐压应力始终存在，若输入电压存在波动，瞬间过压可能导致二极管击穿。此外，对于采用bootstrap电路驱动开关管的BUCK芯片，当Vin=Vout时，开关管关断时间极短，bootstrap电容充电时间严重不足，无法为开关管栅极提供足够的驱动电压，导致开关管导通不充分，进一步增加导通损耗，形成恶性循环。

输入电压小于输出电压(Vin

这种工况下，电路的核心问题集中在输出不稳定、元器件应力过大和保护机制触发三个方面。输出端而言，由于电感储能不足，输出电压会随负载变化出现剧烈波动，纹波电压远超允许范围，甚至出现输出电压为零的情况，无法为负载提供稳定供电，可能导致负载设备死机、损坏。元器件方面，开关管会因反馈回路的调节作用，持续处于高频通断状态，且占空比接近1，导通损耗和开关损耗叠加，温度急剧升高;续流二极管则会因电感反向电动势不足，出现电流断续现象，反向恢复时间延长，产生较大的反向恢复损耗，严重时会导致二极管烧毁。同时，多数BUCK芯片内置欠压锁定(UVLO)保护功能，当输入电压低于设定阈值时，芯片会自动关断，避免电路进一步损坏，此时电路将完全停止工作，直至输入电压恢复正常。

导致BUCK电路出现Vin=Vout和Vin

针对上述异常工况，可采取相应的优化措施避免或缓解问题。一是优化输入电路，增加输入滤波电容和稳压环节，抑制输入电压波动，对于电池供电系统，可增设升压模块，确保输入电压始终高于输出电压设定值;二是合理选型元器件，选择电感量合适、饱和电流较大的电感，降低磁芯饱和风险，选用导通损耗小、反向恢复性能好的开关管和续流二极管，提升电路抗应力能力;三是优化控制逻辑，扩大占空比调节范围，设计快速响应的反馈回路，使电路能够及时适应输入和负载变化，避免占空比长期处于极限值。此外，可选用具备宽输入电压范围和完善保护功能的BUCK芯片，利用其UVLO、过流、过热保护功能，在异常工况下及时关断电路，保护元器件安全。

综上，BUCK电路的正常工作依赖于Vin>Vout的基本条件，输入电压等于或小于输出电压时，会引发电感饱和、元器件过热、输出不稳定等一系列问题，甚至导致电路失效。在实际电路设计中，需充分考虑输入电压波动和负载变化的影响，通过合理的电路设计、元器件选型和控制逻辑优化，避免异常工况的出现。同时，深入理解两种异常工况的工作特性，可为电路调试和故障排查提供依据，确保BUCK电路稳定、可靠运行，延长整个电子系统的使用寿命。