降壓開關穩(wěn)壓器如何使用串聯(lián)晶體管

降壓開關穩(wěn)壓器是一種開關模式電源電路，旨在有效地將直流電壓從較高電壓降低到較低電壓，即減去或“降壓”電源電壓，從而降低輸出端可用的電壓端子無需改變極性。換句話說，降壓開關調節(jié)器是降壓調節(jié)器電路，因此例如降壓轉換器可以將+12伏轉換為+5伏。

降壓開關穩(wěn)壓器是一種開關模式電源電路，旨在有效地將直流電壓從較高電壓降低到較低電壓，即減去或“降壓”電源電壓，從而降低輸出端可用的電壓端子無需改變極性。換句話說，降壓開關調節(jié)器是降壓調節(jié)器電路，因此例如降壓轉換器可以將+12伏轉換為+5伏。

降壓開關穩(wěn)壓器是一種直流-直流轉換器，也是簡單、的開關穩(wěn)壓器類型之一。當在開關模式電源配置中使用時，降壓開關穩(wěn)壓器使用串聯(lián)晶體管或功率 MOSFET（是絕緣柵雙極晶體管或 IGBT）作為其主要開關器件，如下所示。
降壓開關穩(wěn)壓器
我們可以看到，降壓轉換器的基本電路配置是串聯(lián)晶體管開關TR 1以及相關的驅動電路（使輸出電壓盡可能接近所需水平）、二極管D 1、電感器L 1和平滑電容器C 1。降壓轉換器有兩種工作模式，具體取決于開關晶體管TR 1是“導通”還是“截止”。
當晶體管偏置為“ON”（開關閉合）時，二極管D 1變?yōu)榉聪蚱?，輸入電壓V IN導致電流通過電感器流至輸出端連接的負載，為電容器C 1充電。
當變化的電流流過電感器線圈時，根據法拉第定律，它會產生反電動勢，該反電動勢與電流流動相反，直到達到穩(wěn)定狀態(tài)，在電感器周圍產生磁場L 1。只要TR 1關閉，這種情況就會無限期地持續(xù)下去。
當晶體管TR 1通過控制電路“關閉”（開關打開）時，輸入電壓立即與發(fā)射極電路斷開，導致電感器周圍的磁場崩潰，從而在電感器上產生反向電壓。
該反向電壓導致二極管變得正向偏置，因此電感器磁場中存儲的能量迫使電流繼續(xù)以相同方向流過負載，并通過二極管返回。
然后，電感器L 1將其存儲的能量返回到負載，充當電源并提供電流，直到所有電感器的能量返回到電路或直到晶體管開關再次閉合（以先到者為準）。同時電容器也放電，為負載提供電流。電感器和電容器的組合形成了 LC 濾波器，可以消除晶體管開關動作產生的任何紋波。
因此，當晶體管固態(tài)開關閉合時，電流由電源提供，而當晶體管開關打開時，電流由電感器提供。請注意，流經電感器的電流始終沿相同方向，直接來自電源或通過二極管，但顯然在開關周期內的不同時間。
由于晶體管開關連續(xù)閉合和打開，因此平均輸出電壓值將與占空比D相關，D被定義為晶體管開關在一個完整開關周期期間的導通時間。
如果V IN是電源電壓，并且晶體管開關的“ON”和“OFF”時間定義為：t ON和t OFF，則輸出電壓V OUT為：

降壓轉換器的占空比也可以定義為：

降壓開關穩(wěn)壓器占空比
因此，占空比越大，開關電源的平均直流輸出電壓就越高。由此我們還可以看出，由于占空比D永遠無法達到 1（單位） ，因此輸出電壓將始終低于輸入電壓，從而導致降壓穩(wěn)壓器。
通過改變占空比來實現(xiàn)電壓調節(jié)，開關速度高達 200kHz，可以使用更小的元件，從而大大減小開關模式電源的尺寸和重量。
降壓轉換器的另一個優(yōu)點是電感電容 (LC) 布置可以提供非常好的電感電流濾波。理想情況下，降壓轉換器應在連續(xù)開關模式下運行，以便電感器電流永遠不會降至零。如果使用理想的組件，即“導通”狀態(tài)下的壓降和開關損耗為零，理想的降壓轉換器的效率可高達 100%。
除了用于開關模式電源基本設計的降壓開關穩(wěn)壓器之外，基本開關穩(wěn)壓器還有另一種操作方式，即升壓穩(wěn)壓器，稱為升壓轉換器。