DC/DC轉換器是開關電源芯片，指利用電容、電感的儲能的特性，通過可控開關(MOSFET等)進行高頻開關的動作，將輸入的電能儲存在電容(感)里，當開關斷開時，電能再釋放給負載，提供能量。其輸出的功率或電壓的能力與占空比(由開關導通時間與整個開關的周期的比值)有關。開關電源可以用于升壓和降壓。

輸出電壓通過分壓電阻與基準電壓作比較，從而形成一個反饋。當輸出電壓減小并低于基準電壓，比較器輸出發(fā)生翻轉并觸發(fā)振蕩電路開始工作。振蕩電路輸出一個固定時間的脈沖，用于控制MOS管的導通。反之則MOS管將被截止。其中導通由振蕩器控制，而截止時間取決于負載。按這樣的方法，即可控制輸出電壓。

電荷泵為容性儲能DC-DC產(chǎn)品，可以進行升壓，也可以作為降壓使用，還可以進行反壓輸出。電荷泵消除了電感器和變壓器所帶有的磁場和電磁干擾。

工作原理

電荷泵是通過外部一個快速充電電容(Flying Capacitor)，內(nèi)部以一定的頻率進行開關，對電容進行充電，并且和輸入電壓一起，進行升壓(或者降壓)轉換。最后以恒壓輸出。在芯片內(nèi)部有負反饋電路，以保證輸出電壓的穩(wěn)定，如上圖Vout ，經(jīng)R1,R2分壓得到電壓V2，與基準電壓VREF做比較，經(jīng)過誤差放大器A，來控制充電電容的充電時間和充電電壓，從而達到穩(wěn)定值。電荷泵可以依據(jù)電池電壓輸入不斷改變其輸出電壓。例如，它在1.5X或1X的模式下都可以運行。當電池的輸入電壓較低時，電荷泵可以產(chǎn)生一個相當于輸入電壓的1.5倍的輸出電壓。而當電池的電壓較高時，電荷泵則在1X模式下運行，此時負載電荷泵僅僅是將輸入電壓傳輸?shù)截撦d中。這樣就在輸入電壓較高的時候降低了輸入電流和功率損耗。

降壓轉換器的工作原理

降壓轉換器是一種輸出電壓低于輸入電壓的開關轉換器。也稱為降壓開關轉換器。降壓轉換器只有四個主要部件。它們分別是開關管(下圖中的Q1)、二極管(下圖中的D1)、電感器(下圖中的L1)和電容濾波器(下圖中的C1)。輸入電壓 VIN 必須高于輸出電壓 VOUT 才能成為降壓轉換器。

降壓轉換器充當電壓調(diào)節(jié)器，但利用 BJT、MOSFET 或 IGBT 等半導體部件的開關動作。 Q1將不斷地開關，D1充當續(xù)流二極管，L1將充放電能量，而C1將存儲能量。降壓穩(wěn)壓器是一種低損耗穩(wěn)壓器，如果設計得當，效率可達 90% 以上。

降壓轉換器的電路原理

上圖顯示了一個非常基本的降壓轉換器電路。要了解降壓轉換器的工作原理，我將把電路分為兩種情況。晶體管導通時的第一個條件，晶體管關閉時的下一個條件。

1、晶體管開啟狀態(tài)

在這種情況下，我們可以看到二極管處于開路狀態(tài)，因為它處于反向偏置狀態(tài)。在這種情況下，一些初始電流將開始流過負載，但電流受到電感器的限制，因此電感器也開始逐漸充電。(關注不迷路-電路一點通)因此，在電路導通期間，電容器會逐個周期地建立充電，并且該電壓會反映在負載上。

2、晶體管關閉狀態(tài)

當晶體管處于關閉狀態(tài)時，存儲在電感器 L1 中的能量會崩潰并通過二極管 D1 流回，如帶箭頭的電路所示。在這種情況下，電感兩端的電壓極性相反，因此二極管處于正向偏置狀態(tài)。現(xiàn)在，由于電感器的磁場坍塌，電流繼續(xù)流過負載，直到電感器電量耗盡。所有這些都發(fā)生在晶體管處于關閉狀態(tài)時。

在電感幾乎耗盡存儲能量的一段時間后，負載電壓再次開始下降，在這種情況下，電容器C1成為主要電流源，電容器在那里保持電流流動，直到下一個周期開始再次。

現(xiàn)在通過改變開關頻率和開關時間，我們可以從降壓轉換器獲得從 0 到 Vin 的任何輸出。

降壓轉換器的工作模式

降壓轉換器可以在兩種不同的模式下運行。連續(xù)模式或間斷模式。

1、降壓轉換器的連續(xù)模式

在連續(xù)模式下，電感器永遠不會完全放電，充電周期在電感器部分放電時開始。

在上圖中，我們可以看到，當開關導通時，電感電流 (iI) 線性增加，然后當開關斷開時，電感開始減小，但開關再次導通，同時電感部分放電。這是連續(xù)操作模式。

2、降壓轉換器不連續(xù)模式

不連續(xù)模式與連續(xù)模式略有不同。在斷續(xù)模式下，電感器在開始新的充電周期之前完全放電。在開關打開之前，電感器將完全放電至零。

在間斷模式下，如上圖所示，當開關導通時，電感電流 (il) 線性增加，然后當開關斷開時，電感開始減小，但開關僅在電感電流之后才導通。完全放電，電感電流完全為零。這是不連續(xù)操作模式。在此操作中，流過電感器的電流不連續(xù)。

降壓轉換器的工作原理

?降壓轉換器(Buck Converter)是一種電力電子設備，主要用于將高電壓轉換為低電壓。其工作原理基于電感和開關管的工作機制，通過控制開關管的通斷，使電感儲存能量，然后通過電容器將能量輸出，實現(xiàn)電壓的降低??12。

降壓轉換器的基本組成

降壓轉換器通常包含以下四個主要部件：

?開關管?：負責控制電路的通斷。

?二極管?：作為續(xù)流二極管，確保電流在開關管關閉時能夠繼續(xù)流動。

?電感器?：用于儲存和釋放能量。

?電容濾波器?：用于平滑輸出電壓，減少電壓波動?12。

工作原理的詳細解釋

降壓轉換器的工作原理可以分為兩個主要階段：

?開關管導通階段?：當開關管導通時，二極管處于開路狀態(tài)，電感開始充電，電流通過電感流向負載。此時，電感儲存能量?12。

?開關管關斷階段?：當開關管關閉時，電感中的能量通過二極管釋放，繼續(xù)為負載供電。此時，電感中的電流逐漸減小，電容則提供額外的平滑作用?12。

實際應用中的降壓轉換器

降壓轉換器廣泛應用于各種領域，包括電子設備、通信設備、汽車電子和工業(yè)自動化等。其核心在于通過控制開關管的通斷，實現(xiàn)輸入電壓到輸出電壓的有效轉換。降壓轉換器具有低損耗、高效率的特點，設計得當?shù)那闆r下，效率可達90%以上?12。

一、降壓式變換器的拓撲結構

降壓式變換器，也被稱為Buck變換器，其基本拓撲結構包括一個開關管、一個電感、一個電容以及輸出負載。通過控制開關管的通斷，可以實現(xiàn)輸入電壓到輸出電壓的降壓轉換。這種變換器廣泛應用于各種電力電子系統(tǒng)中，如電源適配器、電池充電電路等。其核心在于開關管的控制策略，直接影響到輸出電壓的穩(wěn)定性和轉換效率。

降壓式DC/DC變換器，也被稱為Buck變換器，是DC/DC變換器中應用最為廣泛的一種。它能夠將高直流電壓有效地轉換為低直流電壓，例如將24V電壓降低至12V或5V。這種變換器具有低損耗、高效率的特點，因此廣泛應用于多個領域。

其基本拓撲結構包括直流輸入電壓U1、功率開關管VT、續(xù)流二極管VD、輸出濾波電感L、輸出濾波電容C以及直流輸出電壓Uo和外部負載電阻RL。脈寬調(diào)制器(PWM)負責控制功率開關管VT的通斷，是變換器的核心控制部件。

降壓式DC/DC變換器的工作原理

基于功率開關管VT在PWM信號的作用下，高速且交替地導通與關斷。這一過程類似于一個機械開關的快速閉合與斷開，從而實現(xiàn)了輸入電壓到輸出電壓的降壓轉換。

當功率開關管VT導通時，如圖(a)所示，續(xù)流二極管VD處于截止狀態(tài)。此時，輸入電壓U1被施加到儲能電感L的左端，導致電感上產(chǎn)生(U1-Uo)的電壓。這一電壓使得通過電感的電流線性增加，同時電感儲存的能量也在不斷積累。在此期間，輸入電流(即電感電流IL)不僅為負載提供所需的電力，還會為濾波電容C充電。因此，電感電流IL等于電容充電電流I1與負載電流Io之和。

當VT關斷時，如圖(b)所示，電感L與輸入電壓U1斷開連接。由于電感電流不能發(fā)生突變，因此在電感上會產(chǎn)生一個感應電壓，其極性為左“-”右“+”，旨在維持電感電流IL的穩(wěn)定。此時，續(xù)流二極管VD開始導通，電感中儲存的磁場能量被轉化為電能，并通過VD形成的回路繼續(xù)為負載供電。在此過程中，電感電流IL線性減小。同時，濾波電容C產(chǎn)生放電電流I2，與電感電流IL共同為負載供電，因此負載電流Io是電感電流和電容放電電流之和。

降壓式變換器在功率開關管導通期間向負載傳輸能量

因此屬于正激型變換器。其電壓及電流波形如圖所示，其中PWM表示脈寬調(diào)制波形，tON和tOFF分別代表功率開關管VT的導通和關斷時間，而T則是開關周期，等于tON與tOFF之和。此外，tON與T的比值被稱為占空比，用“D”表示，即D=tON/T。

Ue為功率開關管VT的發(fā)射極電壓波形，Ic為VT的集電極電流波形。IF為續(xù)流二極管VD的電流波形，而IL則為濾波電感的電流波形。從圖中可以觀察到，當功率開關管VT處于導通狀態(tài)時，其發(fā)射極電壓Ue與輸入電壓U1相等;而在VT關斷時，Ue則降為零。此外，電感電流IL在VT導通期間線性增加，而在VT關斷時則線性減小。值得注意的是，電感電流IL是由VT的集電極電流Ic與續(xù)流二極管VD的電流IF共同作用形成的。

對于DC/DC變換器而言，其輸出電流Io是濾波電感電流IL的平均值。同時，電感電流波形中的峰值與谷值之差代表了電感的紋波電流。為減小輸出電流的紋波，需要選擇足夠大的電感L，以確保DC/DC變換器能夠工作在連續(xù)模式。通常，紋波電流應控制在額定輸出電流的20%左右。

降壓式DC/DC變換器具有以下關鍵特點：

輸出電壓Uo小于輸入電壓U1，因此得名降壓式變換器。輸出電壓Uo與輸入電壓U1的關系由占空比D決定，即Uo=DU1，通過調(diào)整占空比D可以改變輸出電壓。

輸出電壓Uo與輸入電壓U1的極性保持一致。

功率開關管VT所承受的最大電壓為UCE，其值為輸入電壓U1。

功率開關管VT集電極的最大電流Ic等于輸出電流Io。

續(xù)流二極管VD的平均電流IF為(1-D)Io。

續(xù)流二極管VD所承受的反向電壓UR等于輸入電壓U1。

降壓式DC/DC變換器既可以由分立元件和PWM控制器組合而成，也可以選擇使用集成電路產(chǎn)品，如LM2576、1M2596、L4960等。其中，LM2576的外圍電路設計最為簡潔。

降壓轉換器的工作原理

降壓轉換器是一種輸出電壓低于輸入電壓的開關轉換器。也稱為降壓開關轉換器。降壓轉換器只有四個主要部件。它們分別是開關管(下圖中的Q1)、二極管(下圖中的D1)、電感器(下圖中的L1)和電容濾波器(下圖中的C1)。輸入電壓 VIN 必須高于輸出電壓 VOUT 才能成為降壓轉換器。

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降壓轉換器充當電壓調(diào)節(jié)器，但利用 BJT、MOSFET 或 IGBT 等半導體部件的開關動作。 Q1將不斷地開關，D1充當續(xù)流二極管，L1將充放電能量，而C1將存儲能量。降壓穩(wěn)壓器是一種低損耗穩(wěn)壓器，如果設計得當，效率可達 90% 以上。

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降壓轉換器的電路原理

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上圖顯示了一個非?；镜慕祲恨D換器電路。要了解降壓轉換器的工作原理，我將把電路分為兩種情況。晶體管導通時的第一個條件，晶體管關閉時的下一個條件。

1、晶體管開啟狀態(tài)

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在這種情況下，我們可以看到二極管處于開路狀態(tài)，因為它處于反向偏置狀態(tài)。在這種情況下，一些初始電流將開始流過負載，但電流受到電感器的限制，因此電感器也開始逐漸充電。(關注不迷路-電路一點通)因此，在電路導通期間，電容器會逐個周期地建立充電，并且該電壓會反映在負載上。

2、晶體管關閉狀態(tài)

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當晶體管處于關閉狀態(tài)時，存儲在電感器 L1 中的能量會崩潰并通過二極管 D1 流回，如帶箭頭的電路所示。在這種情況下，電感兩端的電壓極性相反，因此二極管處于正向偏置狀態(tài)。現(xiàn)在，由于電感器的磁場坍塌，電流繼續(xù)流過負載，直到電感器電量耗盡。所有這些都發(fā)生在晶體管處于關閉狀態(tài)時。

在電感幾乎耗盡存儲能量的一段時間后，負載電壓再次開始下降，在這種情況下，電容器C1成為主要電流源，電容器在那里保持電流流動，直到下一個周期開始再次。

現(xiàn)在通過改變開關頻率和開關時間，我們可以從降壓轉換器獲得從 0 到 Vin 的任何輸出。

降壓轉換器的工作模式

降壓轉換器可以在兩種不同的模式下運行。連續(xù)模式或間斷模式。

1、降壓轉換器的連續(xù)模式

在連續(xù)模式下，電感器永遠不會完全放電，充電周期在電感器部分放電時開始。

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在上圖中，我們可以看到，當開關導通時，電感電流 (iI) 線性增加，然后當開關斷開時，電感開始減小，但開關再次導通，同時電感部分放電。這是連續(xù)操作模式。

2、降壓轉換器不連續(xù)模式

不連續(xù)模式與連續(xù)模式略有不同。在斷續(xù)模式下，電感器在開始新的充電周期之前完全放電。在開關打開之前，電感器將完全放電至零。

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在間斷模式下，如上圖所示，當開關導通時，電感電流 (il) 線性增加，然后當開關斷開時，電感開始減小，但開關僅在電感電流之后才導通。完全放電，電感電流完全為零。這是不連續(xù)操作模式。在此操作中，流過電感器的電流不連續(xù)。