降压型DC/DC转换器的基本构成和工作原理

出处:网络整理 发布于:2026-06-03 14:45:01

  降压型DC/DC转换器由以下主要元件/电子元件构成,以实现变压功能。
  开关元件(Main SW)主要使用功率MOSFET (MOS功率调整管)。该元件通过快速反复导通/关断,负责将线圈电流间歇性提供给电感器。其导通/关断比例(占空比)是决定输出电压的重要因素。
  二极管(D)开关元件(SW)关断时,为确保流经电感器的电流路径而必需。在非同步整流型中,使用肖特基势垒二极管。在同步整流型中,使用另一个MOSFET替代此二极管,旨在降低因正向压降引起的损耗,从而提升效率。
  电感器(L)通过储存、释放磁能,起到向输出侧供给电流的作用。
  输入电容(CIN)抑制输入电压波动,起到DC/DC转换器稳定工作的作用。
  输出电容(CL)用于吸收电感器提供的电流,稳定输出电压。
  2、降压型DC/DC转换器的工作原理概述
  降压型DC/DC转换器的工作通过快速反复以下两个阶段的开关元件的导通/关断来实现。
  阶段1: Pch FET开关导通(ON)期间
  在此期间,高侧配置的Pch FET开关将处于导通状态。Pch FET开关处于导通状态时,电流从输入侧流向线圈,并向输出侧供给电流。此时各节点的状态如下所示。
  Pch FET栅极:根据来自控制电路的信号,栅极电压变为低(Low)电平,Pch FET开关将导通。由此,VIN和线圈将导通。
  电流路径:电流从输入电压流出,经由处于导通状态的Pch FET开关和线圈,供给连接到输出电容(CL)的负载。
  线圈电流(IL):线圈上会施加一个从输入电压减去输出电压的正电压(Vin-Vout)。 基于此电压差,线圈电流将呈线性增长,电流增长率为(Vin-Vout)/L。
  Lx节点:作为Pch FET漏极的Lx节点,因开关已导通而处于高(High)电平(接近VIN的电压)。
  VOUT:通过线圈供给电流,对输出电容充电,输出电压会逐渐上升。

  

  阶段2: Pch FET开关关断(OFF)期间
  接下来是Pch FET开关关断后的阶段2的工作。在此期间,高侧配置的Pch FET开关将处于关断状态。Pch FET开关处于关断状态时,电流从GND流向线圈,并向输出侧供给电流。此时各节点的状态如下所示。
  Pch FET栅极:根据来自控制电路的信号,栅极电压变为高(High)电平,Pch FET开关将关断。
  电流路径:即使开关关断,电感器也具有阻碍电流突变的特性(楞次定律)。因此,电感器中储存的电流会通过二极管(D)或同步整流用MOSFET(开关2),持续流向输出电容(CL)。
  线圈电流(IL):线圈上会施加一个负电压(-Vout)。 基于此电压差,线圈电流将呈线性减少,电流增长率为-Vout/L。
  Lx节点:为维持线圈电流,通过自感产生肖特基势垒二极管(或同步整流用MOSFET)导通的电压。具体而言,因Lx电压变得低于GND,二极管会被正向偏置,形成使电流持续流动的路径。
  VOUT:虽然通过线圈供给电流,但会因供给电流略小于输出电流而放电,输出电压随之逐渐下降。

 

  3、输出电压的控制:占空比(Duty比)
  控制电路会持续监测输出电压,并根据负载电流和输入电压的波动,实时调整此占空比。由此,即使外部条件发生变化,也可维持稳定的目标输出电压。例如,负载电流增大导致输出电压趋于下降时,控制电路会略微增加占空比,向输出侧提供更多能量,从而恢复电压。
关键词:DC/DC转换器

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