DC-DC变换器按功率开关电路的结构形式来分，可分为非隔离型（主电路中无高频变压器），隔离型（主电路中有高频变压器），以及具有软开关特性的谐振型等。非隔离型直流变换器，有三种基本的电路拓扑：降压（Buck）型，升压（Boost）型，反相（Buck-Boost即降压-升压）型，以下详细介绍Buck变换器。
1 Buck变换器电路构成
Buck变换器又称为降压电路，其基本拓扑如图1所示
图1 Buck电路拓扑结构
电路主要元器件包括开关管T（物理实现可以用IGBT，MOSFET），续流二极管D，储能电感L，输出滤波电容C及负载电阻R。输入直流电源为Us，输出直流电压为Uo。
2 Buck变换器工作原理
Buck变换器工作在电感电流连续模式下的工作原理如下：
开关管的导通与关断受控制电路输出的驱动脉冲控制。如图1所示，当控制电路脉冲输出高电平时，开关管导通，如图2（a）所示，续流二极管D阳极电压为零，阴极电压为电压电压Us，因此反向截止，开关上流过电流is流经电感L向负载R供电；此时L中的电流逐渐上升，在L两端产生左端正右端负的自感电势阻碍电流上升，L将电能转化为磁能存储起来。经过时间ton后，控制电路脉冲为低电平，开关管关断，如图2（b）所示，但L中的电流不能突变，
图2电流连续模式下 Buck变换器等效电路
这时电感L两端产生右端正左端负的自感电势阻碍电流下降，从而使D正向偏置导通，于是L中的电流经D构成回路，电流值逐渐下降，L中储存的磁能转化为电能释放出来供给负载R。经过时间toff后，控制电路脉冲又使开关管导通，重复上述过程。滤波电容C的作用是为了降低输出电压Uo的脉动。续流二极管D是必不可少的元件，若无此二极管，电路不仅不能正常工作，而且在开关管由导通变为关断时，L两端将产生很高的自感电势从而损坏开关管。
3 Buck变换器工作状态及相应元件参数计算
为了方便分析稳态特性，简化推导过程，做如下假设：
（1）开关管，二极管是理想元件，可在瞬间导通或截止，没有导通压降、导通电阻，截止时无漏电流。
（2）电感电容是理想元件。电感工作在线性区不饱和，寄生电阻为0，电容等效串联电阻为0。
根据电感电流是否连续，即每个脉冲周期开始电感电流iL是否从0开始将Buck电路的工作模式分为电感电流连续工作模式（Continuous Conduction Mode，CCM）和电感电流不连续工作模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）两种。
3.1 Buck变换器的CCM工作模式
在L足够大的条件下，Buck变换器工作在CCM模式，波形如图3所示。
图3 Buck变换器CCM模式波形
开关管导通时间为ton，关断时间为toff，PWM周期为Ts，即ton+toff=Ts，设d=ton/Ts为PWM波占空比。在ton时间，开关管导通，D截止，电感两端电压Us-Uo（极性左正右负），电感电流从iLmin线性上升至iLmax，导通时间内，电感电流增量为
当开关管关断时，二极管D导通，电感L两端电压差为-Uo（极性左负右正），电感电流线性下降至iLmin，减小量为
当电路处于稳态时，电感电流iL必然周期性的重复，开关管导通期间电感电流增加量与其关断期间电感电流减小量相等，即
整理得
上式表明，在输入电压恒定的情况下，要改变输出电压，可以通过改变占空比实现，输出平均电压总是小于输入平均电压。CCM模式下Buck变换器的电压增益为d。
3.2 Buck变换器的DCM工作模式
在电感较小，负载电阻较大，或者开关周期Ts较大时，当电感电流已下降至0，但是新的开关周期还未开始；在下一个开关周期中，电感电流从0开始线性增加，在一个开关周期中会出现电感电流线性增加、电感电流线性减小、电感闲置（电感电流保持为0）三种状态，等效电路图如图4所示，工作波形如图5所示。
图4 Buck变换器DCM模式下等效电路图
图5 Buck变换器DCM模式波形
开关管导通时间为ton，关断时间为toff，闲置时间为t1，PWM周期为Ts，即ton+toff+t1=Ts，同样设d=ton/(ton+toff)为PWM波占空比。在ton时间，如图4（a）所示，开关管导通，D截止，电感两端电压Us-Uo（极性左正右负），电感电流从0线性上升至iLmax，导通时间内，电感电流增量与式（1）同。
当开关管关断时，在toff时间，如图4（b）所示，二极管D导通，电感L两端电压差为-Uo（极性左负右正），电感电流线性下降至0，减小量与式（2）同；同样，当电路处于稳态时如公式（3）所示。
在t1时间，电感电流已下降至0，相当于开路，如图4（c）所示。
上述表明，DCM模式下，输入电压恒定，要改变输出电压，可以通过改变占空比实现，输出平均电压总是小于输入平均电压。DCM模式会使变换器带载能力降低，稳压精度变差，纹波电压大，通常情况下要求Buck变换器工作在CCM模式。
3.3 Buck变换器电感电流连续的临界条件
CCM模式下，如果在一个周期结束时，电感电流iL恰好下降至0，这种状态称为CCM和DCM的临界工作状态，如图6所示。
图6 Buck变换器电感电流临界状态
