降壓轉換器是一種普遍存在的 DC-DC 轉換器，可高效地將高電壓轉換為低電壓。高效的電源轉換可延長電池壽命、減少熱量并允許構建更小的設備。降壓轉換器可用于許多很酷的應用。本文簡要介紹了降壓轉換器，涵蓋了降壓轉換器電路（及其同類半橋）的一些很酷的應用，并提供了資源鏈接，感興趣的讀者可以在其中了解有關在其設計中使用的特定芯片的更多信息。

降壓轉換器簡介

降壓轉換器是一個簡單的電路。圖 1 是降壓轉換器的簡化原理圖。MOSFET 高壓側 MOSFET 導通和關斷。控制 IC（未圖示）使用閉合反饋環路來控制輸出電壓。直流傳遞函數是一個與降壓轉換器的輸入電壓、輸出電壓和占空比相關的方程。$Vout = Vin * D$，其中 Vout 是輸出電壓，Vin 是輸入電壓，D 是占空比，或 MOSFET 導通時間的百分比。圖 1 中的電感器和電容器構成低通濾波器。該低通濾波器可以平滑 MOSFET 開關動作，并產生良好、平滑的直流電壓。

圖 ：非同步降壓的簡化原理圖。TPS5430是非同步降壓控制器的一個示例。

圖 2 顯示了降壓轉換器的常見變體：同步降壓轉換器。在同步降壓轉換器中，續流二極管被 MOSFET 取代。使用 MOSFET 還可以實現雙向功率傳輸。如果降壓轉換器反向運行，它可以作為升壓轉換器運行。這需要特殊的轉換器IC。它用于USB On-the-Go等應用中，讓您可以使用智能手機為小型便攜式電子設備供電。

這種布置中的兩個 MOSFET 稱為半橋。半橋也是非常有用的電路，有很多應用。

圖 ：同步降壓轉換器的簡化原理圖。LM5119是同步降壓轉換器?控制器的示例。

降壓轉換器隨處可見。本文的其余部分將介紹一些常見的應用程序。

USB 隨身攜帶

USB On-The-Go 允許將鍵盤、鼠標和其他外圍設備連接到智能手機。外圍設備從手機上的 USB 端口獲取電源。功率調節是使用同步降壓轉換器來處理的，該轉換器可以在兩個方向上傳輸功率。當手機插入電池充電器時，降壓轉換器作為降壓轉換器運行，為手機中的鋰電池充電。當插入外設時，降壓轉換器作為升壓轉換器反向運行，從鋰電池產生 5V 電壓。查看Texas Instruments和Linear Technology提供的這些鏈接，了解有關支持 USB On-The-Go 的雙向 DC-DC 轉換器的更多信息。

適用于 PC 和筆記本電腦的 POL 轉換器

負載點轉換器 (POL) 是一種非隔離降壓轉換器，能夠高效地將功率驅動至高電流負載。這對于 PC 和筆記本電腦主板尤其有用。現代微處理器的運行電壓非常低，通常為 1.8V。同步降壓（有時是多相）用于此目的。在主板規格中，該 POL 通常稱為電壓調節器模塊或 VRM。Muarata 生產負載點轉換器，就像這個一樣。

電池充電器

每個人都希望他們的智能手機、平板電腦或便攜式電池組能夠快速充電，而不會加熱便攜式設備。同步降壓轉換器是實現此目的的最佳方法。通常，移動設備的充電端口是微型 USB 端口。它接受穩壓 5V。充電電路位于移動設備的內部，通常是降壓轉換器。一些降壓控制器具有內置電池控制器智能功能，例如Linear Technology 的這款芯片。

太陽能充電器

高效地將高電壓轉換為低電壓是降壓轉換器的強項。有許多產品可以通過更高電壓的太陽能電池板為電池充電。該太陽能充電器具有其他降壓轉換器所沒有的功能，稱為最大功率點跟蹤。太陽能電池具有非線性電流-電壓曲線。太陽能充電器通常是帶有微控制器控制的降壓轉換器。微控制器告訴降壓轉換器通過改變負載電流來汲取最大電量，以便在盡可能短的時間內為電池充電。一些降壓轉換器具有內置最大功率點跟蹤和鋰電池充電器智能功能，例如?Linear Technology 的LT3652 。

功率音頻放大器

D 類功率音頻放大器的功率級是同步降壓轉換器。DC-DC 轉換器和 D 類音頻放大器之間的一大區別是，雖然 DC-DC 轉換器在線路和負載上產生固定的 DC 電壓，但 D 類放大器有意產生 AC 信號。區別在于反饋循環。請注意，輸出級是一個半橋，后接一個 LC 濾波器。NXP 的TDA8954就是 D 類放大器的一個很好的例子。

圖 ：D 類放大器的簡化原理圖。

純正弦波逆變器

純正弦波逆變器從電池等直流電壓源產生正弦波。您可以使用電源逆變器通過大型電池或汽車為家用電子設備供電。功率逆變器的逆變功率級看起來像 D 類放大器。

四軸飛行器

降壓轉換器用于四軸飛行器。四軸飛行器通常由多節鋰電池組供電。典型的電池組配置是串聯 2-6 節電池。這些電池組產生 6V-25V 范圍內的電壓。降壓轉換器將電池電壓降至 5V 或 3.3V，供飛行控制器（四軸飛行器的大腦）使用。四軸飛行器行業通常將降壓轉換器稱為BEC（電池消除電路的縮寫）或UBEC（通用電池消除電路的縮寫）。BEC 和 UBEC 經常出現在驅動四軸飛行器上無刷電機的電子速度控制器上，或配電板上，將電池電力路由到需要的地方。

無刷電機控制器

說到四軸飛行器，四軸飛行器使用無刷電機進行飛行，因為其效率高且重量輕。三個半橋用于驅動無刷電機的感應線圈。請參見圖 9，這是無刷電機驅動器的簡化原理圖。它看起來像沒有濾波電容器的 3 個同步降壓轉換器。圖 10 是四軸飛行器愛好者使用的實際電子速度控制器的圖片。

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圖 ：無刷電機控制器的簡化圖。

同步的功率級允許電力從電機流向電池。這是一個稱為再生制動的過程，用于火車和電動汽車，包括特斯拉跑車。

有刷電機控制器

有刷電機可以使用稱為高端電機控制的配置來驅動。它基本上是一個沒有輸出電容器的同步降壓轉換器。

圖 ：有刷電機控制器的簡化原理圖。請注意與降壓轉換器的相似之處。

結論

本文簡要介紹了降壓轉換器。降壓轉換器及其半橋用于許多很酷的應用，包括智能手機、筆記本電腦、平板電腦、便攜式電池組、手電筒、四軸飛行器。音頻放大器和電機控制電路與降壓轉換器有很多共同點。

審核編輯：黃飛

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