同步降壓轉(zhuǎn)換器的簡化原理圖

降壓轉(zhuǎn)換器是一種普遍存在的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，可高效地將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓。高效的電源轉(zhuǎn)換可延長電池壽命、減少熱量并允許構(gòu)建更小的設(shè)備。降壓轉(zhuǎn)換器可用于許多很酷的應(yīng)用。本文簡要介紹了降壓轉(zhuǎn)換器，涵蓋了降壓轉(zhuǎn)換器電路（及其同類半橋）的一些很酷的應(yīng)用，并提供了資源鏈接，感興趣的讀者可以在其中了解有關(guān)在其設(shè)計中使用的特定芯片的更多信息。

降壓轉(zhuǎn)換器簡介

降壓轉(zhuǎn)換器是一個簡單的電路。圖 1 是降壓轉(zhuǎn)換器的簡化原理圖。MOSFET 高壓側(cè) MOSFET 導(dǎo)通和關(guān)斷?？刂?IC（未圖示）使用閉合反饋環(huán)路來控制輸出電壓。直流傳遞函數(shù)是一個與降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓、輸出電壓和占空比相關(guān)的方程。$Vout = Vin * D$，其中 Vout 是輸出電壓，Vin 是輸入電壓，D 是占空比，或 MOSFET 導(dǎo)通時間的百分比。圖 1 中的電感器和電容器構(gòu)成低通濾波器。該低通濾波器可以平滑 MOSFET 開關(guān)動作，并產(chǎn)生良好、平滑的直流電壓。

圖 ：非同步降壓的簡化原理圖。TPS5430是非同步降壓控制器的一個示例。

圖 2 顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的常見變體：同步降壓轉(zhuǎn)換器。在同步降壓轉(zhuǎn)換器中，續(xù)流二極管被 MOSFET 取代。使用 MOSFET 還可以實(shí)現(xiàn)雙向功率傳輸。如果降壓轉(zhuǎn)換器反向運(yùn)行，它可以作為升壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)行。這需要特殊的轉(zhuǎn)換器IC。它用于USB On-the-Go等應(yīng)用中，讓您可以使用智能手機(jī)為小型便攜式電子設(shè)備供電。

這種布置中的兩個 MOSFET 稱為半橋。半橋也是非常有用的電路，有很多應(yīng)用。

圖 ：同步降壓轉(zhuǎn)換器的簡化原理圖。LM5119是同步降壓轉(zhuǎn)換器?控制器的示例。

降壓轉(zhuǎn)換器隨處可見。本文的其余部分將介紹一些常見的應(yīng)用程序。

USB 隨身攜帶

USB On-The-Go 允許將鍵盤、鼠標(biāo)和其他外圍設(shè)備連接到智能手機(jī)。外圍設(shè)備從手機(jī)上的 USB 端口獲取電源。功率調(diào)節(jié)是使用同步降壓轉(zhuǎn)換器來處理的，該轉(zhuǎn)換器可以在兩個方向上傳輸功率。當(dāng)手機(jī)插入電池充電器時，降壓轉(zhuǎn)換器作為降壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)行，為手機(jī)中的鋰電池充電。當(dāng)插入外設(shè)時，降壓轉(zhuǎn)換器作為升壓轉(zhuǎn)換器反向運(yùn)行，從鋰電池產(chǎn)生 5V 電壓。查看Texas Instruments和Linear Technology提供的這些鏈接，了解有關(guān)支持 USB On-The-Go 的雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的更多信息。

適用于 PC 和筆記本電腦的 POL 轉(zhuǎn)換器

負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器 (POL) 是一種非隔離降壓轉(zhuǎn)換器，能夠高效地將功率驅(qū)動至高電流負(fù)載。這對于 PC 和筆記本電腦主板尤其有用?，F(xiàn)代微處理器的運(yùn)行電壓非常低，通常為 1.8V。同步降壓（有時是多相）用于此目的。在主板規(guī)格中，該 POL 通常稱為電壓調(diào)節(jié)器模塊或 VRM。Muarata 生產(chǎn)負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器，就像這個一樣。

電池充電器

每個人都希望他們的智能手機(jī)、平板電腦或便攜式電池組能夠快速充電，而不會加熱便攜式設(shè)備。同步降壓轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)此目的的最佳方法。通常，移動設(shè)備的充電端口是微型 USB 端口。它接受穩(wěn)壓 5V。充電電路位于移動設(shè)備的內(nèi)部，通常是降壓轉(zhuǎn)換器。一些降壓控制器具有內(nèi)置電池控制器智能功能，例如Linear Technology 的這款芯片。

太陽能充電器

高效地將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓是降壓轉(zhuǎn)換器的強(qiáng)項(xiàng)。有許多產(chǎn)品可以通過更高電壓的太陽能電池板為電池充電。該太陽能充電器具有其他降壓轉(zhuǎn)換器所沒有的功能，稱為最大功率點(diǎn)跟蹤。太陽能電池具有非線性電流-電壓曲線。太陽能充電器通常是帶有微控制器控制的降壓轉(zhuǎn)換器。微控制器告訴降壓轉(zhuǎn)換器通過改變負(fù)載電流來汲取最大電量，以便在盡可能短的時間內(nèi)為電池充電。一些降壓轉(zhuǎn)換器具有內(nèi)置最大功率點(diǎn)跟蹤和鋰電池充電器智能功能，例如?Linear Technology 的LT3652 。

功率音頻放大器

D 類功率音頻放大器的功率級是同步降壓轉(zhuǎn)換器。DC-DC 轉(zhuǎn)換器和 D 類音頻放大器之間的一大區(qū)別是，雖然 DC-DC 轉(zhuǎn)換器在線路和負(fù)載上產(chǎn)生固定的 DC 電壓，但 D 類放大器有意產(chǎn)生 AC 信號。區(qū)別在于反饋循環(huán)。請注意，輸出級是一個半橋，后接一個 LC 濾波器。NXP 的TDA8954就是 D 類放大器的一個很好的例子。

圖 ：D 類放大器的簡化原理圖。

純正弦波逆變器

純正弦波逆變器從電池等直流電壓源產(chǎn)生正弦波。您可以使用電源逆變器通過大型電池或汽車為家用電子設(shè)備供電。功率逆變器的逆變功率級看起來像 D 類放大器。

四軸飛行器

降壓轉(zhuǎn)換器用于四軸飛行器。四軸飛行器通常由多節(jié)鋰電池組供電。典型的電池組配置是串聯(lián) 2-6 節(jié)電池。這些電池組產(chǎn)生 6V-25V 范圍內(nèi)的電壓。降壓轉(zhuǎn)換器將電池電壓降至 5V 或 3.3V，供飛行控制器（四軸飛行器的大腦）使用。四軸飛行器行業(yè)通常將降壓轉(zhuǎn)換器稱為BEC（電池消除電路的縮寫）或UBEC（通用電池消除電路的縮寫）。BEC 和 UBEC 經(jīng)常出現(xiàn)在驅(qū)動四軸飛行器上無刷電機(jī)的電子速度控制器上，或配電板上，將電池電力路由到需要的地方。

無刷電機(jī)控制器

說到四軸飛行器，四軸飛行器使用無刷電機(jī)進(jìn)行飛行，因?yàn)槠湫矢咔抑亓枯p。三個半橋用于驅(qū)動無刷電機(jī)的感應(yīng)線圈。請參見圖 9，這是無刷電機(jī)驅(qū)動器的簡化原理圖。它看起來像沒有濾波電容器的 3 個同步降壓轉(zhuǎn)換器。圖 10 是四軸飛行器愛好者使用的實(shí)際電子速度控制器的圖片。

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圖 ：無刷電機(jī)控制器的簡化圖。

同步的功率級允許電力從電機(jī)流向電池。這是一個稱為再生制動的過程，用于火車和電動汽車，包括特斯拉跑車。

有刷電機(jī)控制器

有刷電機(jī)可以使用稱為高端電機(jī)控制的配置來驅(qū)動。它基本上是一個沒有輸出電容器的同步降壓轉(zhuǎn)換器。

圖 ：有刷電機(jī)控制器的簡化原理圖。請注意與降壓轉(zhuǎn)換器的相似之處。

結(jié)論

本文簡要介紹了降壓轉(zhuǎn)換器。降壓轉(zhuǎn)換器及其半橋用于許多很酷的應(yīng)用，包括智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、便攜式電池組、手電筒、四軸飛行器。音頻放大器和電機(jī)控制電路與降壓轉(zhuǎn)換器有很多共同點(diǎn)。

審核編輯：黃飛

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