每個工程師都應(yīng)該了解的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

作者：沃倫·米勒，特約作家

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是一種開關(guān)模式電源，可以從高于或低于所需輸出電壓的源電壓提供穩(wěn)壓直流輸出。這在電池供電的應(yīng)用中特別有用，在這些應(yīng)用中，電池電壓開始高于所需輸出，但隨著電池耗盡而下降。了解降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的基本原理對每位工程師都很有用，因為它們已成為電子系統(tǒng)中如此重要的元素。

顧名思義，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器結(jié)合了降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的元件，兩者均可使用交流或直流輸入電壓源工作。降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生介于 0 V 和略低于輸入電壓之間的直流輸出。一個常見的應(yīng)用是在通信機箱中，其中輸入電壓可能高達(dá) 48 V，但單個板的電壓可能不高于 12 V。降壓轉(zhuǎn)換器可能首先將輸入電壓調(diào)節(jié)到接近 12 V，然后然后額外的轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生電路板的 MCU、內(nèi)存或 FPGA 所需的更低電壓。通常，一塊電路板需要三個或四個不同的電壓，因此您可以看到，從高于單個設(shè)備所需的電壓開始是有利的。

恰當(dāng)命名的升壓轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生高于輸入電壓的輸出電壓。這是通過在將能量存儲在電感器中而電容器提供輸出的模式與釋放存儲的能量以便為電容器充電的模式之間切換電路來完成的。當(dāng)通過電感器的電流被切斷時，存儲在其磁場中的能量隨著磁場的崩潰以高壓脈沖的形式釋放，產(chǎn)生的電流被發(fā)送到電容器以提高輸出電壓。升壓模式下降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的操作如下圖所示。

圖 1：在升壓模式下工作的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。圖片來源： learnabout-electronics.org。

在上圖中，控制單元選擇開關(guān)，使輸出電壓來自輸出電容器，來自輸入源的電流通過電感器。在底部圖中，控制單元更改開關(guān)設(shè)置，輸入電壓 (Vs) 被添加到電感器 (L) 兩端的電壓，以將電容器充電至高于輸入電壓的電壓并將其提供給輸出。

轉(zhuǎn)換器在降壓模式下的操作是通過始終關(guān)閉 Tr2，然后打開和關(guān)閉 Tr1 來完成的。當(dāng) Tr1 關(guān)閉時，二極管 D1 導(dǎo)通以完成電路并保持電流流向輸出。這兩種模式如下圖所示。

圖 2：在降壓模式下工作的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。? 圖片來源： learnabout-electronics.org。

開關(guān)模式電源用于幾乎所有電子產(chǎn)品，它們的基本操作對幾乎任何工程學(xué)科都有幫助，而不僅僅是電子產(chǎn)品。任何對下一級細(xì)節(jié)感興趣的人都應(yīng)該查看learnabout-electronics.org。您還可以查看集成電路制造商網(wǎng)站，了解降壓和升壓轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)規(guī)格。

審核編輯 黃昊宇