DC/DC轉(zhuǎn)換中降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器工作原理

現(xiàn)在接著以最廣泛利用的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器為例說明工作原理。

圖31是降壓DC/DC轉(zhuǎn)換的概略電路，是借著開關(guān)將DC電壓VIN做時間分割后以電感和電容器使其平滑化來轉(zhuǎn)換成所希望的DC電壓。

圖 31

圖 32

DC/DC轉(zhuǎn)換的工藝簡單來說，就是將DC暫時轉(zhuǎn)換成AC使其平滑后再返回DC。舉PWM工作的例來說明，以S1=ON/S2=OFF將VIN供電時間設(shè)為25%、以S1=OFF/S2=ON將0V（GND）狀態(tài)設(shè)為75%的脈沖周期，當(dāng)該脈沖平均化時將為25%的DC。如果VIN為10V，則Vo將為25%的2.5V。對此，如果以面積來思考的話，想必就容易想象多了（參考圖33）。

圖 33

實際的PWM由于被平均化的輸出負(fù)載電流會變動，故ON時間會一定程度一直依賴負(fù)載電流來上下移動電壓。如此一來，穩(wěn)壓器輸出下降時會增加ON時間，從輸出傳送更多的能源而使輸出電壓上升。輸出電壓充分恢復(fù)的話，接著便會縮短ON時間來停止輸出上升。

開關(guān)的情況則如所見，可以想成從輸入只截取輸出所必要的功率。相對的，線性穩(wěn)壓器由于不進行ON/OFF，因此呈現(xiàn)占空比100%，也就是始終保持輸入狀態(tài)。同樣的，如果10V變?yōu)?.5V時，符合其中間7.5V差數(shù)的功率必須被作為熱能舍棄。而開關(guān)性穩(wěn)壓器效率高的理由就在于此結(jié)構(gòu)的區(qū)別。

關(guān)鍵要點：

?了解效率高的原因在于開關(guān)（Switching）DC電壓并且只將必要的功率傳送至輸出。

降壓型異步（二極管）整流式開關(guān)穩(wěn)壓器的電路和工作

圖34比圖31更加具體。該電路也稱為異步整流式或二極管整流式。S1為開關(guān)（通常為晶體管），S2雖然被置換成二極管但工作相同。紅色為S1于ON時的電流路徑，綠色為OFF時的路徑。

圖 34

圖35是各零件的電壓及電流波形。之前曾說明：“DC/DC轉(zhuǎn)換的行程，將DC先轉(zhuǎn)換成AC來平滑波形?！边@里要說明“AC（交流：周期的振幅與正負(fù)變化）是怎么轉(zhuǎn)換的？”用電感的波形來看就知道AC電怎么產(chǎn)生。

圖 35

這是題外話，電感的電流波形斜率是因為電感電流的變化率與電壓成比例，故施加電壓時電流會以恒定斜率増加的緣故?？梢杂肰=L×（dI/dt）來表示。

圖36：異步整流降壓電路和開關(guān)ON時的具體電流路徑

圖37：開關(guān)OFF時的電流路徑

圖38

圖35電路置換成實際電路后為圖36和37。開關(guān)S1以MOSFET置換，S2則被置換成肖特基二極管。圖35也顯示被省略的比較電路和控制電路。想必有人早已察覺，該電路是在線性穩(wěn)壓器工作原理中已說明的反饋控制電路輸出電壓被引入內(nèi)部的比較電路，與基準(zhǔn)電壓做比較。在這里雖然以比較電路來表現(xiàn)，不過與線性穩(wěn)壓器的誤差放大器相同。線性穩(wěn)壓器中誤差放大器的輸出會直接控制輸出晶體管后連續(xù)進行電路控制，而開關(guān)穩(wěn)壓器中誤差放大器的輸出則會被置換成開關(guān)（晶體管）ON/OFF時間（占空比）的控制。

關(guān)鍵要點：

?須了解DC/DC轉(zhuǎn)換是借著將DC開關(guān)（以時間切分輸出所需能源）變成AC（電感電壓正負(fù)振幅）后整流-平滑，再轉(zhuǎn)換成DC。

?從電流的流動來理解開關(guān)和電感的任務(wù)。必須了解各節(jié)點的波形才能調(diào)試。