Buck電路，又稱降壓電路，是一種基于電感儲能原理的DC-DC變換器，其工作原理涉及到物理中的電磁感應和電能轉換的基本原理。以下是Buck電路的工作原理的詳細解釋：

一、基本工作原理

Buck電路通過控制輸入占空比可變的PWM（脈寬調制）波切換開關管的導通和斷開狀態，將輸入電源提供的直流電壓轉換為可調的低電壓輸出，從而滿足不同電路的供電需求。具體來說，Buck電路中的電感在導通狀態下，將電流通過電感中心核心的磁場轉化為磁能，并將磁能存儲在電感中。而在斷開狀態下，由于電感的自感作用，磁場會產生電壓，將電磁能轉化為電能，并通過輸出端向負載供電。因此，通過控制開關管的導通和斷開狀態，實現了電能在電容和電感之間的周期性轉換和調節，最終輸出穩定的直流電壓。

二、工作原理的詳細階段

1. 導通階段：當開關管導通時，開關管導通電阻比較小，相當于短路。此時，輸入電壓Ui經過開關管、電感L給電容C充電，也是給電感L充電，同時也給負載R供電。由于電感電流不能突變，電感會產生感應電動勢來阻礙電流變化（變大），電動勢方向為左正右負，電感兩端電壓為UL=Ui-Uo。此時二極管處于截止狀態，相當于斷路。

2. 關斷階段：當開關管關閉時，流過電感L的電流會減小。由于電感電流不能突變，電感會產生感應電動勢阻礙電流減小，電動勢方向就是右正左負，電感兩端電壓為輸出電壓UL=Uo。此時二極管導通，電流經過濾波電容C，經過負載R，再經過續流二極管D構成回路，電感和電容共同為負載供電。

此外，Buck電路中的電容起到平滑輸出電壓的作用，通過在開關管導通狀態下儲存電能，在斷開狀態下釋放電能，平滑輸出電壓波動。同時，為了確保穩定輸出電壓，Buck電路通常采用負反饋控制。通過對輸出電壓進行采樣，反饋給微控制器，然后微控制器調節輸出的PWM波的占空比，控制開關管的導通時間和斷開時間，使得輸出電壓保持在預定范圍內。

三、同步與非同步Buck電路

1. 非同步Buck電路：二極管續流（二極管與電感形成一個通路，二極管為電感保持電流持續，電流從二極管通過）期間，二極管兩端的電壓相對恒定，表現為二極管正向導通壓降。這個特性導致非同步壓降電路在二極管上消耗的能量比較大，所以非同步Buck的效率比較低。因為其電路特點不需要復雜的控制，控制器成本也比較低。

2. 同步Buck電路：采用MOSFET替代二極管，下管續流的期間（上管關閉，下管打開，下管為電感保持電流持續，電流從下管通過），MOSFET表現為D極和S極之間的導通等效阻抗。由于下管的導通阻抗比較小，所以其兩端的電壓也比較小，消耗在下管上的損耗比二極管也小很多。所以同步Buck電路的效率比較高，但是相比來說需要額外的控制電路，成本相對也高一些。

四、輸出電壓與輸入電壓的關系

Buck電路輸入電壓與輸出電壓的數學關系式為：Vout=Vin×D。其中，Vout為輸出電壓，Vin為輸入電壓，D為開關管的占空比，即PWM波的高電平時間與周期之比。如果考慮到開關管的導通損耗和電感、電容等元件的等效電阻，還需要引入一個效率因子η，得到修正后的關系式。其中，η為效率因子，通常在0.8到0.95之間。需要注意的是，Buck電路的輸出電壓通常不能高于輸入電壓，因為其基本工作原理是通過降壓轉換實現穩定的輸出電壓。

綜上所述，Buck電路是一種重要的DC-DC變換器，通過控制開關管的導通和斷開狀態實現降壓轉換和輸出電壓的穩定調節。