開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因其高效率和設(shè)計(jì)靈活性，備受通用電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用的青睞。因此，我們已開(kāi)發(fā)了多種開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以滿足廣泛的應(yīng)用需求。

降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（或轉(zhuǎn)換器）將較高的直流電壓降至較低的直流電壓，即“降低”輸入電壓，在不改變極性的情況下在輸出端產(chǎn)生較低的電壓。降壓穩(wěn)壓器廣泛用于需要本地電壓轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)中，例如為分布式電源導(dǎo)軌降壓（例如從 24V 降至 5V）。它們?cè)诟鞣N應(yīng)用中至關(guān)重要，包括電子設(shè)備中的電源管理和電池供電系統(tǒng)中的電壓調(diào)節(jié)。

圖 1：降壓穩(wěn)壓器工作原理示意圖

圖 1 顯示了降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理。電感 L1 和電容 C1 可視為 LC 低通濾波器。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1 閉合時(shí)，負(fù)載 RL兩端的電壓 VL1隨著 C1 通過(guò) L1 充電而緩慢上升。

如果隨后打開(kāi) S1，電感磁場(chǎng)中存儲(chǔ)的能量通過(guò)二極管 D1 在電感開(kāi)關(guān)端被鉗制到 0V，因能量只能釋放到電容器和負(fù)載中，導(dǎo)致負(fù)載兩端的電壓緩慢下降。

平均輸出電壓為 PWM 控制信號(hào)的占空比乘以輸入電壓 VIN。圖 2 顯示了該電路的特征波形。

圖 2：降壓穩(wěn)壓器電路的波形

增強(qiáng)基本設(shè)計(jì)

圖 1 中的簡(jiǎn)化電路可如圖 3 所示進(jìn)行擴(kuò)展和完善。

該電路包括一個(gè)反饋電路，用于比較 VOUT與參考電壓 VREF，并相應(yīng)調(diào)整 PWM 占空比。由 R1和 R2組成的分壓器設(shè)定所需的輸出電壓。此外，該電路還用MOSFET S2 替換了圖 1 中的二極管 D1，S2 僅在需要正確操作時(shí)由控制器開(kāi)啟，從而形成同步整流器。

這種方法提升了轉(zhuǎn)換效率，但代價(jià)是額外的復(fù)雜性。RECOM 的《DC/DC 知識(shí)手冊(cè)》詳細(xì)討論了開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)權(quán)衡。

圖 3：同步降壓轉(zhuǎn)換器中的功能塊

降壓穩(wěn)壓器的優(yōu)缺點(diǎn)

相比其他電源轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降壓穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有多項(xiàng)優(yōu)缺點(diǎn)。

其優(yōu)點(diǎn)包括：

高效率：降壓轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)超過(guò) 97% 的高效率。在同步設(shè)計(jì)中，這種高效率尤其容易實(shí)現(xiàn)。

輸入電壓范圍寬：降壓轉(zhuǎn)換器能處理較寬的輸入電壓范圍。

設(shè)計(jì)緊湊：它們所需的外部元器件極少，非常適合空間受限的應(yīng)用。

輸出電壓靈活：輸出電壓可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定。

降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)包括：

對(duì)負(fù)載變化響應(yīng)緩慢：電流模式降壓轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載的驟然變化響應(yīng)相對(duì)緩慢，尤其是在低占空比時(shí)。一旦功率晶體管 S1 關(guān)閉，它將保持關(guān)閉狀態(tài)直到下一個(gè)時(shí)鐘周期。

輸出電壓波動(dòng)：由于帶寬有限，快速負(fù)載變化可能導(dǎo)致輸出電壓產(chǎn)生顯著波動(dòng)。

噪聲濾波挑戰(zhàn)：由于開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的脈沖輸入電流，降壓穩(wěn)壓器會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，因此需要進(jìn)行噪聲濾波。

降壓轉(zhuǎn)換器具有高效和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，但在負(fù)載響應(yīng)、噪聲和電感選擇方面存在局限性。

RECOM 的 RPH 系列產(chǎn)品簡(jiǎn)化了降壓穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一款性能卓越的降壓穩(wěn)壓器并非易事，但 RECOM 通過(guò)將關(guān)鍵元件整合到易于使用的電源模塊中，簡(jiǎn)化了這一過(guò)程。

圖 4：RECOM 的 RPH-3.0 簡(jiǎn)化了在設(shè)計(jì)中添加降壓穩(wěn)壓器的工作

RPH-3.0系列結(jié)構(gòu)緊湊、功能多樣，旨在高效精確地滿足復(fù)雜的電源轉(zhuǎn)換需求。這款降壓穩(wěn)壓器電源模塊集成了屏蔽電感器，可實(shí)現(xiàn)低電磁干擾，并提供了多項(xiàng)功能以確保最佳性能和可靠性。該模塊的最大輸入電壓為 55V，可為各種應(yīng)用提供了強(qiáng)大穩(wěn)健的解決方案，確保穩(wěn)定高效的電壓調(diào)節(jié)。輸出電壓在 1 至 15V 范圍內(nèi)完全可編程，可靈活滿足具體系統(tǒng)要求。

該電源模塊可提供最高 3A 的最大輸出電流，非常適合為各種電子設(shè)備和系統(tǒng)供電。RPH 系列具有短路保護(hù) (SCP)、過(guò)電流保護(hù) (OCP)、過(guò)電壓保護(hù) (OVP) 和欠壓鎖定 (UVLO) 功能，確保連接設(shè)備的長(zhǎng)久耐用和全面保護(hù)。

RPH電源模塊采用緊湊型 10mm x 12mm x 4mm QFN 封裝，非常適合空間有限的應(yīng)用，便于集成。采用倒裝芯片技術(shù)來(lái)增強(qiáng)熱管理，確保模塊即使在苛刻的條件下也能高效工作。RPH 的效率高達(dá) 91%；這種高效率不僅可以降低能源消耗，還可以最大限度地減少熱量產(chǎn)生，從而提高模塊的整體可靠性并延長(zhǎng)使用壽命。

RPH-3.0系列作為一款最先進(jìn)的解決方案，集尖端技術(shù)、緊湊設(shè)計(jì)和強(qiáng)大保護(hù)功能于一體，適用于所有消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用或任何其他需要可靠負(fù)載點(diǎn)供電的項(xiàng)目，確保提供一致且高效的性能表現(xiàn)。

針對(duì)隔離電源應(yīng)用的 RECOM 解決方案

基于降壓拓?fù)涞碾娫茨K是非隔離的，即它不使用變壓器來(lái)提供輸入與輸出之間的電氣隔離。在數(shù)據(jù)采集、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)、綠色能源和其他眾多領(lǐng)域的應(yīng)用中，都需要電氣隔離。RECOM 為這些應(yīng)用提供了各種隔離電源模塊。

結(jié) 論

降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是一種經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)的解決方案，具有外形緊湊、高效率等特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中使用降壓穩(wěn)壓器時(shí)需要小心謹(jǐn)慎，而 RECOM 的 RPH-3.0 系列通過(guò)將關(guān)鍵元器件集成到緊湊且高性能的電源模塊中，提供了簡(jiǎn)單的解決方案。