什么是降壓轉(zhuǎn)換器？

降壓轉(zhuǎn)換器（Buck Converter）也稱為降壓穩(wěn)壓器或降壓模塊，是一種電力電子設(shè)備，用于將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓。它的主要作用是將輸入電壓降低到所需的輸出電壓，以供給負(fù)載使用。降壓轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如電子設(shè)備、通信設(shè)備、汽車電子、工業(yè)自動化等。

降壓轉(zhuǎn)換器的原理基于電感和開關(guān)管的工作原理。通過控制開關(guān)管的通斷，使電感儲存能量，然后通過電容器將能量輸出，實(shí)現(xiàn)電壓的降低。這種轉(zhuǎn)換器也被稱為降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗且环N電壓輸出低于電壓輸入的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。

降壓轉(zhuǎn)換器通常至少包含兩個(gè)半導(dǎo)體元件（如二極管和晶體管）和一個(gè)儲能元件（如電容器或電感器）。在輸出端和輸入端，還可能會加上以電容器為主的濾波器，以降低電壓漣波。

降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理

降壓轉(zhuǎn)換器是一種輸出電壓低于輸入電壓的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。也稱為降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器。降壓轉(zhuǎn)換器只有四個(gè)主要部件。它們分別是開關(guān)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(zhuǎn)換器。

降壓轉(zhuǎn)換器充當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器，但利用 BJT、MOSFET 或 IGBT 等半導(dǎo)體部件的開關(guān)動作。 Q1將不斷地開關(guān)，D1充當(dāng)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(shè)計(jì)得當(dāng)，效率可達(dá) 90% 以上。

降壓轉(zhuǎn)換器的電路原理

上圖顯示了一個(gè)非常基本的降壓轉(zhuǎn)換器電路。要了解降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理，我將把電路分為兩種情況。晶體管導(dǎo)通時(shí)的第一個(gè)條件，晶體管關(guān)閉時(shí)的下一個(gè)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?yàn)樗幱诜聪蚱脿顟B(tài)。在這種情況下，一些初始電流將開始流過負(fù)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(guān)注不迷路-電路一點(diǎn)通）因此，在電路導(dǎo)通期間，電容器會逐個(gè)周期地建立充電，并且該電壓會反映在負(fù)載上。

2、晶體管關(guān)閉狀態(tài)

當(dāng)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，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(fù)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(guān)閉狀態(tài)時(shí)。

在電感幾乎耗盡存儲能量的一段時(shí)間后，負(fù)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(gè)周期開始再次。

現(xiàn)在通過改變開關(guān)頻率和開關(guān)時(shí)間，我們可以從降壓轉(zhuǎn)換器獲得從 0 到 Vin 的任何輸出。

降壓轉(zhuǎn)換器的工作模式

降壓轉(zhuǎn)換器可以在兩種不同的模式下運(yùn)行。連續(xù)模式或間斷模式。

1、降壓轉(zhuǎn)換器的連續(xù)模式

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

在上圖中，我們可以看到，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感電流 (iI) 線性增加，然后當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感開始減小，但開關(guān)再次導(dǎo)通，同時(shí)電感部分放電。這是連續(xù)操作模式。

2、降壓轉(zhuǎn)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(guān)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(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感電流 (il) 線性增加，然后當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感開始減小，但開關(guān)僅在電感電流之后才導(dǎo)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)。