前言

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與前幾篇文章類似，BUCK控制電路拓撲類似於BOOST控制電路，在弄懂BOOST拓撲結構的基礎上，就可以搭建BUCK電路。BUCK電路相較於BOOST電路的優點在於，可以空載運行，也不用擔心占空比開到滿會出現爆炸的情況。下面是BUCK電路的控制方案和具體電路

一、軟件思路

單片機輸出一路PWM信號，PWM占空比越高，輸出電壓越高。PWM占空比越低，輸出電壓越低。通過電壓電流檢測電路，檢測輸出電壓或輸出電流。通過PID電路控制輸出電壓電流的跟隨，若想要執行電壓追蹤，則將采集到的電壓送入PID中，與目標電壓做對比，比目標電壓低，就提高PWM占空比，比目標電壓高，就降低PWM占空比。若想要執行電流追蹤，則將采集到的電流送入PID中，與目標電流做對比，比目標電流低，則提高PWM占空比，比目標電流高，就降低PWM占空比。

二、硬件電路

1、主電路拓撲

首先說一下具體思路，你需要明確這個條件，想要控制輸出電壓和電流的大小，需要用到DC-DC變換板，也就是通俗的直流電壓變換。由於輸入電壓大於輸出電壓，所以選用buck電壓拓撲，也就是降壓電壓拓撲。

降壓拓撲選擇同步整流電壓拓撲，電路圖如下。主要控制方案是通過單片機控制LO和HO口的占空比，從而最終控制輸出電壓的大小。同步整流降壓拓撲的工作原理在於，擁有兩個開關mos管Q1和Q2。

Mos管是電壓控制管，當開關管的GS端大於一定電壓差時，開關管呈現導通狀態。當開關管的GS端無電壓差時，開關管呈現截止狀態。那麼根據這個特性，我們令兩個mos管對應的PWM控制信號完全相反，那麼在同一時間，由於GS的電平隻有高電平和低電平兩種狀態，PWM控制信號相反就代表GS電平相反，那麼在同一時刻Q1和Q2隻有一個能夠導通。根據這種情況，第一種工作狀態，Q1給高電平，Q2給低電平，那麼Q1就導通了，Q2就截止了。

這個時候相當於輸入電壓不能跟電路中的L1電感充電了，電感一旦沒有充電，那麼就會產生一個反向的電動勢。這個時候我們看第二種工作狀態，第二種工作狀態就是Q2mos管導通，Q1mos管截止，電流隨輸入經過Q2經過電感L1再流向負載，此時負載電壓就等於輸入電壓。那麼第一種工作狀態時，由於之前第二種工作狀態充電方向是從左至右，所以當停止充電時，那麼電感上面就會產生一個左負右正的電動勢，此時負載電壓就等於電感電壓。

那麼這個時候，電感電壓永遠不可能超過你的輸入電壓，所以如果第一種工作狀態越久，那麼輸出電壓就會越低。第二種工作狀態越久，輸出電壓就會越接近輸入電壓。那麼控制第一種工作狀態和第二種工作狀態的占比就需要PWM去控制。因為我們用的驅動電路是隻需要一個PWM控制信號，LO口對應的是PWM控制信號的反向信號，因此單片機隻需要輸出一個PWM控制信號，這個PWM控制信號占空比大，對應LO口占空比就小，導通時間就越小，第二種工作狀態就越長，電壓就越大。所以輸入PWM占空比越大，輸出電壓就越大，占空比越低，輸出電壓就越低。

2、驅動電路拓撲

驅動電路如下，需要理解的就是PWM_IN口，PWM_IN就是單片機輸出的PWM口。比如我們輸入一個20khz占空比為40%的方波進來，那麼通過IR2104S半橋驅動芯片，即可再LO口得到20khz占空比為60%的方波，HO口得到20khz占空比為40%的方波。HO和LO口直接接入到主電路中對應的接口處。

3、采樣電路拓撲

直流電壓采樣電路如下，通過運放實現采集電壓的縮放。DC_OUT 是我們檢測到的直流電壓，這個地方可以直接連接到主電路的輸出電壓口，假設輸出電壓是33V，通過R24和R22電阻分壓，在運放的3號口能得到33V1/(33 1)的電壓也就是33/34v。根據運放的虛短虛斷，2號口電壓也為33/34v。再通過R25和R23電阻分壓，在運放的1號口得到33/3434/33=1v的電壓。再通過一個電壓跟隨器降低電壓阻抗，最終到輸出電壓口得到1V電壓。因此輸入33V電壓，可以輸出1V電壓。這個1V的電壓送入單片機內部進行檢測，當單片機檢測到1V以後，通過內部乘以電壓系數就能夠得到正確的輸出電壓。此處電壓縮放比為33倍，通過改變R25和R24的大小，即可得到不同的縮放倍數。

電流檢測電路如下，采樣電路R30為10mΩ。其中I_IN口接入輸出負載的負極，GND連接電路的GND。假設有1A的負載電流，則這個電流會流入10mΩ，就會得到10mv的采樣電壓。U9是INA213電流放大芯片，可以將采樣電壓放大五十倍。那麼10mv放大五十倍的話，就能得到500mv的電壓。再次說明，R28,C15,R27組成RCR的濾波電路，是用來濾波的，無其他作用。得到的500mv電壓通過電壓跟隨器最終送入單片機內部進行檢測，那麼我們檢測到500mv電壓就代表負載電流為1A，因此根據這個電壓和電流的轉換關系，即可檢測到6A以下的負載電流。

總結

根據上面幾個電路，能夠得到輸出的電壓和電流，以及通過PWM驅動輸出改變電壓和電流的大小，通過采集到的電壓和電流與目標電壓和電流進行對比，想增大輸出電壓和電流就增加PWM輸出占空比，減少輸出電壓和電流就減小PWM輸出占空比。

PCB佈局上需要註意的是，信號線用覆銅包裹，盡量短且直，不要太粗，信號線不要繞。像電感電容等器件盡量緊湊，減少雜散電容電感帶來的影響。