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Buck降压电路是一种直流到直流的转换器，其输出电压低于输入电压。它的工作原理是通过控制开关的导通与断开，将输入电压斩波成脉冲，然后通过电感和电容的滤波作用，得到平滑的低压输出。在电路中，当开关导通时，电流从输入电源流经开关和电感，为电感充能并向负载供电。当开关断开时，电感中储存的能量通过二极管释放，继续向负载供电。输出电容起到滤波作用，减小输出电压的纹波。
Buck降压电路有两种工作模式。第一种模式是开关导通模式：当开关Q导通时，二极管D处于截止状态，电流从输入电源流经开关和电感，为电感储能，同时向负载供电。此时，如果输出电压低于目标值，电容会充电；如果高于目标值，电容会放电。第二种模式是开关断开模式：当开关Q断开时，电感中的电流不能突变，二极管D导通，提供电流回路。电感释放储存的能量，电流通过二极管、电感、电容和负载形成闭合回路，继续向负载供电。通过控制这两种模式的时间比例，即占空比，可以调节输出电压的大小。
现在我们来分析Buck降压电路的数学关系。最基本的公式是输出电压等于占空比乘以输入电压，即Vout等于D乘以Vin。占空比D定义为开关导通时间ton与开关周期T的比值。在实际电路中，电感电流和输出电压都存在纹波。电感电流纹波ΔIL与电感值L、输入电压、输出电压以及开关周期有关。输出电压纹波ΔVC则与电感电流纹波、开关周期和输出电容值相关。从波形图中可以看出，PWM控制信号控制开关的导通与断开，电感电流呈现三角波纹波叠加在直流电流上，而输出电压则有较小的纹波。例如，当占空比为0.5时，如果输入电压为3伏，则输出电压将稳定在1.5伏左右。
Buck降压电路有多种控制方式，最常见的有三种。第一种是电压模式控制：它通过检测输出电压与参考电压的误差，将误差放大后与锯齿波比较，生成PWM信号来控制开关。这种控制方式结构简单，但响应较慢。第二种是电流模式控制：它在电压模式的基础上增加了电感电流检测环路，将电流信号与误差放大器的输出进行比较，生成PWM信号。这种控制方式响应更快，动态性能更好，但需要额外的电流检测电路。第三种是滞环控制：它不需要时钟信号，没有固定的开关频率，而是通过比较器直接控制开关，使输出电压在上下阈值之间波动。这种控制方式响应极快，但输出纹波较大。不同的应用场景可以选择不同的控制方式。
Buck降压电路在现代电子设备中有广泛的应用。它被用于各种电源适配器和充电器，如手机充电器，将220伏交流电转换为5伏直流电。在计算机中，Buck电路用于为CPU和GPU提供低压高电流电源。在LED照明系统中，Buck电路可以高效地驱动LED，并实现亮度调节。此外，Buck电路还广泛应用于便携式电子设备和汽车电子系统中。总结一下，Buck电路是最基本的降压型DC-DC转换器，它通过控制开关的占空比来调节输出电压，输出电压等于输入电压乘以占空比。电路中的电感和电容用于滤波和储能，减小输出纹波。根据不同的应用需求，可以选择不同的控制方式。Buck电路具有较高的效率，特别是在较大负载电流下，效率可达90%以上，这使得它成为电源系统中不可或缺的组成部分。