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title: 漫談交換式電源的原理與設計—PART 10
description: "**作者：Bird** 上一回[【Maker 電子學】漫談交換式電源的原理與設計…"
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updated: "2025-05-05"
category: 交換式電源
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# 漫談交換式電源的原理與設計—PART 10

**作者：Bird**

上一回[【Maker 電子學】漫談交換式電源的原理與設計—PART 9](https://makerpro.cc/2021/10/switching-power-part9/)，我們開始討論 buck converter 的電路原理：利用電感儲能時的串聯壓降，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電路的輸出電壓。

### **電壓與工作週期**

根據上次的說明，我們知道 buck converter 和 boost converter 一樣，它們都是動態工作的電路，交換開關 SW1 必須不斷在導通、斷開之間切換，讓能量反覆儲存在電感 L1 中，或是從 L1 中釋放出來。

 ![](https://makerpro.cc/wp-content/uploads/2021/10/1.jpg)

（圖片來源：Bird 提供）

 ![](https://makerpro.cc/wp-content/uploads/2021/10/2.jpg)

（圖片來源：Bird 提供）

SW1 導通和斷開的時間都不能太長。導通時間太長的話會造成電感飽和，電感一旦飽和，就無法再儲存更多的能量，導致電感失去電感的特性，變成一個只有很小電阻的元件，流過它的電流就會突然增大；而 SW1 斷開時間太長的話，當電感裡儲存的能量釋放完後，就不會再有電流經過 D1 流過迴路，這時就沒有輸出了。

至於 buck converter 的輸出電壓有多低，比輸入的電壓低多少，一樣是由 SW1 導通和斷開之間的時間比例來決定的。這個公式是：

**V~OUT /V~IN= D**
 **D =T~ON/ T**

D 叫做 SW1 的 duty cycle，中國大陸翻譯成「佔空比」，台灣則比較常用「工作週期」這個翻譯，它指的是 SW1 導通的時間佔整個切換時間的比例，因此也可以寫成：

**D = T~ON / T~ON + T~OFF**

由於 D 不可能大於 1，所以根據上面的公式，輸出電壓只會小於輸入電壓。

從上面的式子來看，我們也知道降壓比和工作週期之間是線性的關係：

 ![](https://makerpro.cc/wp-content/uploads/2021/10/3.jpg)

（圖片來源：Bird 提供）

Boost converter 的電壓公式，因爲 D 在分母，所以圖畫出來是個雙曲線，但 buck converter 的電壓公式中，D 與降壓比呈線性的關係，因此不管 D 在哪一個區間，D 的變化量與降壓比的變化量都會呈線性的關係，所以說 buck converter 無論在哪個降壓比，控制的穩定性都差不多。

### **穩壓控制**

如同其它我們已經聊過很多的電源系統一樣，這裡的 buck converter 也是的「穩壓」電壓：它會不斷地監控輸出電壓，並調控電路的運作，讓輸出的電壓維持恆定，無論負載是大還是小。

而知道輸出電壓與 duty cycle 之間的關係之後，就可以設計控制電路了。

 ![](https://makerpro.cc/wp-content/uploads/2021/10/1634396710241.jpg)

（圖片來源：Bird 提供）

我們將 SW1 換成一個可以用電路控制開關的電晶體，然後再設計一個電壓偵測與控制電路。

當我們偵測到輸出電壓比目標的電壓高時，就要把 SW1 切換的 duty cycle 調小；當我們發現輸出的電壓比目標的電壓低時，就要把 SW1 切換的 duty cycle 調大。如此如此周而復始，就可以將輸出的電壓穩定在一定的範圍。

### **又是 MC34063A**

我們之前在介紹 boost cconverter 時，曾經用 MC34063A 這顆歷久彌新的交換式電源 IC 來示範 boost converter的設計；同樣地，buck converter 也可以用 MC34063A 來設計。

我們先來複習一下 MC34063A 內部的結構：

 ![](https://makerpro.cc/wp-content/uploads/2021/10/1634396728840.jpg)

（圖片來源：Bird 提供）

M34063A 裡面有一個可以用電容器控制頻率的振盪器、一個 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盪器產生的時脈結合產生控制訊號的邏輯。

如果我們把 MC34063A 內部的功能畫在 buck converter 的電路上，就會是這樣：

 ![](https://makerpro.cc/wp-content/uploads/2021/10/1634396749384.jpg)

（圖片來源：Bird 提供）

爲什麼同樣的控制電路，既可以用在 boost converter 上，也可以用在 buck converter 上呢？我們再來比較一下 boost converter 和 buck converter 的電壓控制公式：

**Boost converter: V~OUT /V~IN= 1 / 1 - D**
 **Buck converter: V~OUT /V~IN= 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，也就是 D 越大，輸出電壓就越高，因此儘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 調大一點；如果電壓太高，就將 D 調小一點」。

其實從電路運作的原理來看，這個結果是必然的，因爲不管 buck converter 還是 boost converter，在 T~ON時都是將輸入的能量儲存在電感中，而在 T~OFF時釋放能量；T~ON佔整體週期的時間越長，相對來說儲存在電感中的能量就越多，輸出的電壓當然就越高。

MC34063A 裡面就是用一個震盪電路、一組電壓比較器來實現這個邏輯。震盪電路持續產生切換 SW1 所需要的方波，而電壓比較器則持續將經過分壓之後的輸出電壓與參考電壓 1.25V 比較。如果輸出電壓小於參考電壓，就讓振盪器的輸出脈波通過，去驅動開關電晶體；如果輸出電壓大於參考電壓，就休兵一下，不要讓振盪器的脈波送往開關電晶體。

至於詳細的 MC34063A 的震盪電路、電壓比較器以及控制邏輯的工作原理，在介紹 boost converter 時已經說明過，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](https://makerpro.cc/2021/07/switching-power-part3/)。

### **小結**

這一回我們看了 buck converter 的 duty cycle 與輸入、輸出電壓之間的關係，以及讓 MC34063A 再度登場，並比較了 buck converter 與 boost converter 在控制上的諸多相似之處。下一回，我們要繼續用 MC34063A 來設計 buck converter 電路。

（責任編輯：賴佩萱）