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2016.12.15 DC/DC

开关稳压器的基础:降压工作原理

开关稳压器的特性和评估方法

降压DC/DC转换的概念电路和工作

现在接着以最广泛利用的降压型开关稳压器为例说明工作原理。

降压DC/DC转换是借着开关将DC电压VIN做时间分割后以电感和电容器使其平滑化来转换成所希望的DC电压。降压DC/DC转换的概念电路和工作如右所示。

以PWM工作来说明,以S1=ON/S2=OFF将VIN供电时间设为25%、以S1=OFF/S2=ON将0V(GND)状态设为75%的脉冲周期,当该脉冲平均化时将为25%的DC。如果VIN为10V,则Vo将为25%的2.5V。

sr01_fig_33

实际的PWM由于被平均化的输出负载电流会变动,故ON时间会一定程度一直依赖负载电流来上下移动电压。如此一来,稳压器输出下降时会增加ON时间,从输出传送更多的能源而使输出电压上升。输出电压充分恢复的话,接着便会缩短ON时间来停止输出上升。

下面的电路为取代概念图的实际的电路。开关S1以MOSFET置换,S2则被置换成肖特基二极管,也显示被省略的比较电路和控制电路。对此,代表性开关式降压电路,也称为异步或二极管整流式。

sr01_fig_36-37

降压开关稳压器的工作

  1. 与基准电压进行比较,检查输出电压是否为设定电压
  2. 低于设定电压时,开关变为ON,从输入向输出供电
  3. 此时,电感会蓄积磁能
  4. 如果输出电压高于设定电压,则开关OFF
  5. 电感所蓄积的磁能变为电流被供往输出负载,再返回电感
  6. 电感的磁能消失,输出电压开始下降时,开关会再度为ON

实际电流及电压的开关波形也有记载。S1为MOSFET的开关晶体管、D1为肖特基二极管、L1为电感、C1为输出电压、VIN为输入电压。

sr01_fig_35

在这里,重温说明开关稳压器的基本工作。在进行实际评估时,检查各节点的电流或电压波形等,此际,也有必要理解此种基本工作。

关键要点:

・开关稳压器有AC/DC和DC/DC,其中也有各种变压器方式。

・必须理解各方式的优缺点,以便选择适合设计的方式。

・须了解DC/DC转换是借着将开关以时间切分输出所需能源,后整流-平滑,再转换成DC。

・必须了解各节点的电流和电压波形才能评估。

开关稳压器的特性与评估方法