基本工作原理

在最基礎(chǔ)的降壓型開關(guān)電源里，就像圖中所展示的電路結(jié)構(gòu)。當(dāng)開關(guān)（對(duì)應(yīng)圖中U1）閉合時(shí)，電流從VIN流入，經(jīng)過電阻R1等元件，VOUT電壓會(huì)緩慢上升。隨著時(shí)間推移，當(dāng)VOUT電壓達(dá)到我們期望得到的電壓大小時(shí)，我們迅速將開關(guān)斷開，此時(shí)由于電容C1的儲(chǔ)能作用，電壓能夠穩(wěn)定在理想的電壓值。一旦在輸出端施加一個(gè)電阻（或者其他類型的負(fù)載），當(dāng)開關(guān)斷開后，負(fù)載會(huì)消耗電容C1存儲(chǔ)的電能，導(dǎo)致電壓逐漸降低。為了維持輸出電壓穩(wěn)定在目標(biāo)值附近，我們需要不斷地開斷開關(guān)。如此一來，電壓就會(huì)在我們想要得到的電壓值上下小幅度浮動(dòng)，通過這種周期性的開關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)與近似穩(wěn)定輸出。

我們通過改變R1和C2的大?。ǔ潆姇r(shí)間=R×C）可以改變電壓上升的趨勢(shì)。如同所示，我們通過不斷的開斷開關(guān)，那么所得到的電壓就能維持于某一值左右。但是R1電阻會(huì)對(duì)我們的電路轉(zhuǎn)換效率造成很大的影響，耗能會(huì)提高。

因此我們將這個(gè)R1的電阻換成一個(gè)電感，因?yàn)殡姼胁缓哪?，且流過電感的電流不會(huì)突變。但是電感存在一個(gè)非常大的問題，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)電感兩端的電壓會(huì)發(fā)生突變，因此我們需要在電感前加一個(gè)續(xù)流二極管。

降壓式（Buck）變換器作為一種非隔離直流變換器，其輸出電壓小于或等于輸入電壓。該變換器的主電路主要由開關(guān)、續(xù)流二極管、輸出濾波電感以及輸出濾波電容組成。

我們平常使用的DC-DC降壓芯片在電路中的作用就是相當(dāng)于U1的開關(guān)，控制開關(guān)的關(guān)閉從而來控制電壓的大小。其內(nèi)部包含一個(gè)或多個(gè)開關(guān)元件（如MOSFET）。這些開關(guān)元件會(huì)以一定的頻率進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷操作，通過控制開關(guān)的占空比（導(dǎo)通時(shí)間與周期的比值）來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。從這個(gè)角度看，開關(guān)是DCDC降壓芯片實(shí)現(xiàn)降壓功能的核心動(dòng)作部件。

同步Buck和異步Buck

1. 異步Buck

當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加在電感上，電感電流上升，電能存儲(chǔ)在電感中，同時(shí)向負(fù)載供電并給電容充電；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，續(xù)流二極管導(dǎo)通，電感通過二極管向負(fù)載釋放能量，電感電流下降。由于電路只需要一個(gè)開關(guān)管和一個(gè)二極管，電路元件較少，成本相對(duì)較低。二極管的價(jià)格相對(duì)便宜，尤其是普通硅二極管。

續(xù)流二極管存在正向?qū)▔航担话愎瓒O管的正向壓降約為0.7V，肖特基二極管約為0.3~0.5V。在電流較大時(shí)，二極管的導(dǎo)通損耗會(huì)比較大，導(dǎo)致效率相對(duì)較低，尤其是在低輸出電壓、大電流的應(yīng)用場(chǎng)景下。適用于對(duì)效率要求不高、輸出電流較小、成本敏感的應(yīng)用場(chǎng)景，如一些小型電子產(chǎn)品的電源模塊。

2. 同步Buck

高側(cè)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加在電感上，電感電流上升；高側(cè)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，低側(cè)開關(guān)管導(dǎo)通，為電感提供續(xù)流路徑，電感電流下降。通過控制兩個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。電路需要兩個(gè)開關(guān)管，并且需要更復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路來控制兩個(gè)開關(guān)管的交替導(dǎo)通和關(guān)斷，因此成本較高。不過，隨著MOSFET價(jià)格的下降，兩者的成本差距在逐漸縮小。

用MOSFET替代續(xù)流二極管，MOSFET的導(dǎo)通電阻通常很小，導(dǎo)通損耗也較小，因此在相同條件下，同步Buck的效率更高，更適合低輸出電壓、大電流的應(yīng)用。適用于對(duì)效率要求較高、輸出電流較大的應(yīng)用場(chǎng)景，如計(jì)算機(jī)主板、服務(wù)器電源、便攜式電子設(shè)備等。

相關(guān)推薦

億佰特可提供各種天線和電源解決方案，如多頻段膠棒天線、玻璃鋼天線、FPC內(nèi)置天線、車載貼片天線等天線產(chǎn)品；隔離降壓/升壓電源模塊、電源適配器等電源產(chǎn)品。