DC-DC转换器是一种电力电子电路，可高效地将直流电从一个电压转换为另一个电压。毫无疑问，DC-DC转换器在现代电子设备中扮演着不可或缺的角色，这是因为其相比线性稳压器具有显著优势。具体而言，线性稳压器会消耗大量热量，且与DC-DC转换器中的开关稳压器相比效率极低。

今天，我们将探讨DC-DC转换器的工作原理，以及如何为其搭建电路。DC-DC转换器类型繁多，将范围限定为升压（Boost）转换器和降压（Buck）转换器。

我们先看一下Buck转换器。在脉宽调制（PWM）信号控制下的功率开关管中，降压型 DC/DC 转换器的 VT（晶体管）交替导通与关断（也称截止）。PWM 类似于一个快速闭合与断开的机械开关，下图展示了其工作原理。下图左和下图右分别描绘了 VT 导通与关断时的电流路径。为简化电路分析，图中用开关 S 的闭合与断开替代 VT 的导通与关断。当 VT 导通时（即 S 闭合），续流二极管 VD 截止，输入电压 UI 加至储能电感 L 的左端，形成（UI - UO）的电压。随着流过 L 的电流 IL 增大，电感存储的能量线性增加，电感的感应电动势为左 “+” 右 “-”。此时，输入电流（即电感电流 IL）除向负载供电外，还对滤波电容 C 充电，电容充电电流 I1 与负载 RL 电流 IO 之和等于电感电流 IL。

当 VT 关断时（即 S 断开），如图 1-2 所示，电感 L 与 UI 断开。由于电感中的电流不能突变，L 上产生左 “-” 右 “+” 的感应电压，以维持流过电感的电流 IL 不变。此时续流二极管 VD 导通，L 中存储的磁场能量转化为电能，通过 VD 形成的回路继续向负载供电，同时电感电流 IL 线性下降。此时，滤波电容 C 的放电电流 I2 与电感电流 IL 叠加，共同向负载 RL 供电，电感电流 IL 与电容放电电流 I2 之和等于负载电流 IO。

下图展示了降压型 DC/DC 转换器的电压和电流波形。其中 PWM 为脉宽调制波形，tON 为功率开关 VT 的导通时间，tOFF 为功率开关 VT 的关断时间。开关周期 T 等于 tON 与 tOFF 之和，即 T = tON + tOFF。占空比为 tON 与 T 的比值，用字母 “D” 表示，即 D = tON/T。

在控制功率开关的管子中，脉宽调制（PWM）信号控制着升压型 DC/DC 转换器的 VT（晶体管），其类似于高速闭合与断开的机械开关。下图展示了其工作原理，下图左和下图右分别描绘了 VT 导通与关断时的电流路径。为辅助电路分析，图中通过开关 S 的闭合与断开替代 VT 的导通与关断状态。

当 VT 导通时（即 S 闭合），如图下图左所示，输入电压 UI 直接加至储能电感 L 两端，续流二极管 VD 截止。由于 UI 施加于 L，电感电流 IL 线性增加，电感存储的能量也随之增加，电感的感应电动势为左 “+” 右 “-”。此时，输入电流（即电感电流 IL）提供的能量以磁场能形式存储于储能电感 L 中。

同时，滤波电容 C 放电为负载 RL 提供电流 IO，电容 C 的放电电流 I1 等于负载电流 IO。

当 VT 关断时（即 S 断开），如上图右所示，由于电感电流不能突变，L 上产生左 “-” 右 “+” 的感应电压以维持电感电流 IL 不变。此时续流二极管 VD 导通，L 上的感应电动势与 UI 串联，将 L 中存储的磁场能转化为电能，以高于 UI 的电压为负载提供电流，并对输出滤波电容 C 充电。电容充电电流 I2 与负载电流 IO 之和等于电感电流 IL。