降壓型開關穩壓器的工作原理

2020-12-25 電子發燒友

降壓型開關穩壓器的工作原理

跳躍的開發板 發表於 2020-04-05 11:26:00

        現在接著以最廣泛利用的降壓型開關穩壓器為例說明工作原理。

降壓DC/DC轉換是借著開關將DC電壓VIN做時間分割後以電感和電容器使其平滑化來轉換成所希望的DC電壓。降壓DC/DC轉換的概念電路和工作如右所示。

以PWM工作來說明，以S1=ON/S2=OFF將VIN供電時間設為25%、以S1=OFF/S2=ON將0V（GND）狀態設為75%的脈衝周期，當該脈衝平均化時將為25%的DC。如果VIN為10V，則Vo將為25%的2.5V。

實際的PWM由於被平均化的輸出負載電流會變動，故ON時間會一定程度一直依賴負載電流來上下移動電壓。如此一來，穩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。輸出電壓充分恢復的話，接著便會縮短ON時間來停止輸出上升。

下面的電路為取代概念圖的實際的電路。開關S1以MOSFET置換，S2則被置換成肖特基二極體，也顯示被省略的比較電路和控制電路。對此，代表性開關式降壓電路，也稱為異步或二極體整流式。

降壓開關穩壓器的工作

與基準電壓進行比較，檢查輸出電壓是否為設定電壓低於設定電壓時，開關變為ON，從輸入向輸出供電。此時，電感會蓄積磁能，如果輸出電壓高於設定電壓，則開關OFF電感所蓄積的磁能變為電流被供往輸出負載，再返回電感電感的磁能消失，輸出電壓開始下降時，開關會再度為ON實際電流及電壓的開關波形也有記載。S1為MOSFET的開關電晶體、D1為肖特基二極體、L1為電感、C1為輸出電壓、VIN為輸入電壓。

在這裡，重溫說明開關穩壓器的基本工作。在進行實際評估時，檢查各節點的電流或電壓波形等，此際，也有必要理解此種基本工作。

關鍵要點：

・開關穩壓器有AC/DC和DC/DC，其中也有各種變壓器方式。

・必須理解各方式的優缺點，以便選擇適合設計的方式。

・須了解DC/DC轉換是借著將開關以時間切分輸出所需能源，後整流-平滑，再轉換成DC。

・必須了解各節點的電流和電壓波形才能評估。

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