降压型DC-DC转换器的工作原理

降压型DC-DC转换器电路

Fig.1是同步整流方式的降压型DC-DC转换器的电路。
基本电路结构是在负责开关的MOSFET（Q1）之后，并联连接整流用MOSFET（Q2）和输出平滑电容器（C2），串联连接线圈与MOSFET（Q1）。
Q1与Q2由IC输出的控制信号控制。

Fig.1　同步整流方式的降压型DC-DC转换器

MOSFET（Q1）导通

Fig.2表示开关元件Q1导通的状态。
当Q1导通时,电流从输入Vin流过线圈L并对输出平滑电容器C2充电，提供输出电流Iout。
此时线圈L上流过的电流产生磁场，并将电能转换成磁能蓄积储存。

Fig.2　Q1导通状态

Q1导通的ton期间，在线圈L上施加输入电压Vin与输出电压Vout的电压，以输出电流Iout为中心的纹波电流为：

ΔIL: L上流过的电流变化量（纹波电流）［A］
Vin: 输入电压［V］
Vout: 输出电压［V］
L: 线圈电感值［H］
ton: Q1导通时间［s］

MOSFET（Q2）导通

Fig.3表示开关元件Q2导通的状态。
Q1关断后Q2导通，L上储存的能量向输出侧释放。

Fig.3　Q2导通状态

在Q1关断的toff期间，为了维持线圈L上流动的电流，经由Q2向负载释放电流。
此toff期间的纹波电流为：

ΔIL: L上流过的电流变化量（纹波电流）［A］
Vout: 输出电压［V］
L: 线圈电感值［H］
toff: Q1关断时间［s］

占空比

由于稳态下的Q1导通公式（1）与Q2导通公式（2）的ΔIL相等，因此输入输出电压的关系为：

ton/（ton + toff）为Q1导通的时间比，被称为占空比（duty cycle）。

Vout取决于占空比，通过控制占空比来控制Vout。

设（ton + toff）为开关周期T［s］，此时的开关频率为fsw［Hz］，将公式（1）与公式（3）整理为与fsw的关系就是：

若Vin及Vout已确定，那么输出的纹波电流则由L与fsw决定。

如果纹波电流大，则输出纹波电压变大。
此外，也容易使线圈饱和，从而造成铁芯损耗增大等影响。
为了解决此类问题，需要提高开关频率，或者增加线圈的圈数来提高电感值。

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