直流变换（DC/DC）是把固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种：一是脉宽调制方式（周期 T_s 不变，改变导通时间 t_on，应用最广）；二是频率调制方式（t_on 不变，改变 T_s，容易产生干扰）。按电路结构，基本的直流斩波电路包括以下几类：

（1）Buck 电路——降压斩波器，输出平均电压 U₀ 小于输入电压 U_i，极性相同；
（2）Boost 电路——升压斩波器，输出平均电压 U₀ 大于输入电压 U_i，极性相同；
（3）Buck-Boost 电路——降压或升压斩波器，输出平均电压可大于或小于输入电压 U_i，极性相反，通过电感传输能量；
（4）Cuk 电路——降压或升压斩波器，输出平均电压可大于或小于输入电压 U_i，极性相反，通过电容传输能量。

一、Buck 变换器

Buck 变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器，其电路如图 1 所示。

图 1　Buck 变换器电路

图中 Q 为开关管，其驱动电压一般为 PWM（脉宽调制）信号。设信号周期为 T_s，则信号频率 f = 1／T_s；导通时间为 T_on，关断时间为 T_off，则 T_s = T_on + T_off，占空比 D_y = T_on／T_s。Buck 型 DC/DC 只能降压，降压公式为

V_o = V_i · D

二、Boost 变换器

Boost 变换器也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器，其电路如图 2 所示。

图 2　Boost 变换器电路

开关管 Q 同样采用 PWM 控制方式，但最大占空比 D_y 必须限制，不允许在 D_y = 1 的状态下工作。电感 L_f 位于输入侧，称为升压电感。Boost 变换器也有 CCM 和 DCM 两种工作方式。Boost 型 DC/DC 只能升压，升压公式为

V_o = V_i／(1 − D)

三、Buck-Boost 变换器

Buck-Boost 变换器也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。它可看作是 Buck 变换器和 Boost 变换器串联而成，并合并了开关管，电路如图 3 所示。Buck-Boost 变换器同样有 CCM 和 DCM 两种工作方式，开关管 Q 也采用 PWM 控制方式，其输出电压为

V_o = (−V_i) · D／(1 − D)

式中 D 为充电占空比，即 MOSFET 的导通时间与开关周期之比。

图 3　Buck-Boost 变换器电路

四、开关电源的输出电流选择与电荷泵电路

开关型稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高、噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时会产生较大的影响。由于开关电源的效率一般可达 80% 以上，在选择其输出电流时应正确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以获得较高的性能价格比，通常按下式确定：

I_s = K · I_f

式中：I_s 为开关电源的额定输出电流；I_f 为用电设备的最大吸收电流；K 为裕量系数，一般取 1.5～1.8。

电容式开关电源（电荷泵）既能升高也能降低输入电压，还可以用于产生负电压。其内部的 FET 开关阵列以一定方式控制快速电容器的充放电，使输入电压以一定因数（0.5、2 或 3）倍增或降低，从而得到所需的输出电压，电路如图 4、图 5 所示。

图 4、图 5　开关变换电路示意

这种调制过程可以保证高达 80% 的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路工作在开关状态，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和 EMI（电磁干扰）。其基本工作过程是先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。