前項(xiàng)中已經(jīng)說(shuō)明開關(guān)穩(wěn)壓器可以進(jìn)行等降壓、升堥、升降壓、反轉(zhuǎn)等轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在接著以最廣泛利用的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器為例說(shuō)明工作原理。

圖31是降壓DC/DC轉(zhuǎn)換的概略電路，是借著開關(guān)將DC電壓VIN做時(shí)間分割后以電感和電容器使其平滑化來(lái)轉(zhuǎn)換成所希望的DC電壓。

圖 31

圖 32

DC/DC轉(zhuǎn)換的工藝簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將DC暫時(shí)轉(zhuǎn)換成AC使其平滑后再返回DC。舉PWM工作的例來(lái)說(shuō)明，以S1=ON/S2=OFF將VIN供電時(shí)間設(shè)為25%、以S1=OFF/S2=ON將0V（GND）狀態(tài)設(shè)為75%的脈沖周期，當(dāng)該脈沖平均化時(shí)將為25%的DC。如果VIN為10V，則Vo將為25%的2.5V。對(duì)此，如果以面積來(lái)思考的話，想必就容易想象多了（參考圖33）。

圖 33

實(shí)際的PWM由于被平均化的輸出負(fù)載電流會(huì)變動(dòng)，故ON時(shí)間會(huì)一定程度一直依賴負(fù)載電流來(lái)上下移動(dòng)電壓。如此一來(lái)，穩(wěn)壓器輸出下降時(shí)會(huì)增加ON時(shí)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(fù)的話，接著便會(huì)縮短ON時(shí)間來(lái)停止輸出上升。

開關(guān)的情況則如所見，可以想成從輸入只截取輸出所必要的功率。相對(duì)的，線性穩(wěn)壓器由于不進(jìn)行ON/OFF，因此呈現(xiàn)占空比100%，也就是始終保持輸入狀態(tài)。同樣的，如果10V變?yōu)?.5V時(shí)，符合其中間7.5V差數(shù)的功率必須被作為熱能舍棄。而開關(guān)性穩(wěn)壓器效率高的理由就在于此結(jié)構(gòu)的區(qū)別。

關(guān)鍵要點(diǎn):

?了解效率高的原因在于開關(guān)（Switching）DC電壓并且只將必要的功率傳送至輸出。

降壓型異步（二極管）整流式開關(guān)穩(wěn)壓器的電路和工作

圖34比圖31更加具體。該電路也稱為異步整流式或二極管整流式。S1為開關(guān)（通常為晶體管），S2雖然被置換成二極管但工作相同。紅色為S1于ON時(shí)的電流路徑，綠色為OFF時(shí)的路徑。

圖 34

圖35是各零件的電壓及電流波形。之前曾說(shuō)明：“DC/DC轉(zhuǎn)換的行程，將DC先轉(zhuǎn)換成AC來(lái)平滑波形。”這里要說(shuō)明“AC（交流：周期的振幅與正負(fù)變化）是怎么轉(zhuǎn)換的？”用電感的波形來(lái)看就知道AC電怎么產(chǎn)生。

圖 35

這是題外話，電感的電流波形斜率是因?yàn)殡姼须娏鞯淖兓逝c電壓成比例，故施加電壓時(shí)電流會(huì)以恒定斜率増加的緣故。可以用V=L×(dI/dt)來(lái)表示。

圖36：異步整流降壓電路和開關(guān)ON時(shí)的具體電流路徑

圖37：開關(guān)OFF時(shí)的電流路徑

圖38

圖35電路置換成實(shí)際電路后為圖36和37。開關(guān)S1以MOSFET置換，S2則被置換成肖特基二極管。圖35也顯示被省略的比較電路和控制電路。想必有人早已察覺，該電路是在線性穩(wěn)壓器工作原理中已說(shuō)明的反饋控制電路輸出電壓被引入內(nèi)部的比較電路，與基準(zhǔn)電壓做比較。在這里雖然以比較電路來(lái)表現(xiàn)，不過與線性穩(wěn)壓器的誤差放大器相同。線性穩(wěn)壓器中誤差放大器的輸出會(huì)直接控制輸出晶體管后連續(xù)進(jìn)行電路控制，而開關(guān)穩(wěn)壓器中誤差放大器的輸出則會(huì)被置換成開關(guān)（晶體管）ON/OFF時(shí)間（占空比）的控制。

審核編輯黃宇