降壓電路是BUCK電路，開(kāi)關(guān)S閉合的時(shí)候，VD二極管承受負(fù)壓關(guān)斷，電感充電，電流正向流動(dòng)，電流值呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢(shì)。開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)的時(shí)候，VD二極管起續(xù)流作用，電感開(kāi)始放電，電流逐漸下降，通過(guò)負(fù)載和二極管回到電感另外一端，短暫供電。這樣電壓就能降低。實(shí)際使用的時(shí)候，S開(kāi)關(guān)是通過(guò)MOSFE或者IGBT實(shí)現(xiàn)的，輸出電壓等于輸入電壓乘以PWM波的占空比。
圖1 降壓變換器原理圖
開(kāi)關(guān)電源總的來(lái)分有隔離型和非隔離型電路。所謂非隔離型電路是根據(jù)電路形式的不同，可以分為降壓型buck電路、升壓Boost型電路、升降壓Buck-Boost型電路、Cuk型丘克電路、Sepic型電路、Zeta型電路。我們這里主要分析降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作原理，Buck電路如圖1所示。圖中功率MOSFET為開(kāi)關(guān)調(diào)整元件，它的導(dǎo)通與關(guān)斷由控制電路決定;L和C為濾波元件;開(kāi)關(guān)截止時(shí)，二極管VD可保持輸出電流連續(xù)，所以通常稱為續(xù)流二極管。控制電路輸出信號(hào)使開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，濾波電感L中的電流逐漸增加，因此貯能也逐漸增大，電容器C開(kāi)始充電。忽略MOSFET的導(dǎo)通壓降，MOSFET源極電壓應(yīng)為Uin。
基于TL494單端降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，采用電流連續(xù)模式(CCM)工作。開(kāi)關(guān)電源工作在CCM時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間為DT，Ii的上升量為[(Uin-Uo)*DT]/L;開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間為(1-D)T,則Ii的下降量為[Uo*(1-D)T]/L。在穩(wěn)定狀態(tài)下，由上表面非隔離型電路推導(dǎo)的兩個(gè)工作原理得IL在每個(gè)周期的末尾和開(kāi)始必須相等，因此：
于是占空比D與Uin、Uo的關(guān)系如下：
CMM降壓型開(kāi)關(guān)電源的主要波形。負(fù)載電流Io的關(guān)系可按每個(gè)周期下，IL向負(fù)載傳送的電荷與Io在同時(shí)間下得到的電荷相等。
DC/DC轉(zhuǎn)換器電路的各種特性(效率、紋波、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等)可根據(jù)外設(shè)元件的變更而變更，盡量在各種制約條件下，設(shè)計(jì)出最接近要求規(guī)格的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路。
1、DC/DC轉(zhuǎn)換的基本工作原理
最基本的基本型DC/DC轉(zhuǎn)換器電路為升壓和降壓電路。
1)、升壓電路
FET為ON時(shí)的電路圖
在FET為ON的時(shí)間里在L積蓄電流能。虛線表示的電流路徑雖是微小的漏電流，但會(huì)使輕負(fù)載的效率變差。
FET為OFF時(shí)的電路圖
在FET為OFF時(shí)，L要保持OFF前的電流值，相當(dāng)于在輸入回路增加了一個(gè)“電源”。由于線圈的左端被強(qiáng)制性固定于VIN，因此輸出VOUT的電壓要大于VIN，即升壓電路原理。
由此，F(xiàn)ET的ON時(shí)間越長(zhǎng)(FET的觸發(fā)占空比D越大)，L里積蓄的電流能越大，越能獲得電源功率，于是升壓就越高。但是，F(xiàn)ET的ON時(shí)間太長(zhǎng)的話，給輸出側(cè)供電的時(shí)間就極為短暫，F(xiàn)ET為ON時(shí)的損失也就增大，變換效率變差。因此，通常要限制占空比的最大值，不超過(guò)適宜的占空比D。
2)、降壓電路
FET為ON時(shí)的電路圖
在FET為ON的時(shí)間里，L積蓄電流能的同時(shí)為輸出供電。虛線表示的電流路徑雖是微小的漏電流，但會(huì)使輕負(fù)載的效率變差。
FET為OFF時(shí)的電路圖
在FET為OFF時(shí)，L要保持OFF前的電流值，使SBD為ON。此時(shí)，由于線圈的左端被強(qiáng)制性地降到0V以下，VOUT的電壓下降，即降壓電路原理。
由此，F(xiàn)ET的ON時(shí)間長(zhǎng)L里積蓄的電流能越大，越能獲得大功率電源，降壓的幅度越小。
降壓時(shí)，由于FET為ON時(shí)也要給輸出供電，所以不需要限制占空比的最大值。
2、DC/DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1)穩(wěn)定工作(=不會(huì)因異常振動(dòng)等誤動(dòng)作、燒損、過(guò)電壓而損壞)
(2)效率大
(3)輸出紋波小
(4)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)好
這些設(shè)計(jì)指標(biāo)可通過(guò)變更DC/DC轉(zhuǎn)換器IC和外設(shè)元件得到某種程度的改善。
3、開(kāi)關(guān)頻率的選擇
DC/DC轉(zhuǎn)換器IC具備固有的開(kāi)關(guān)頻率，頻率的不同會(huì)對(duì)各種特性產(chǎn)生影響。
