開關穩壓器

在脈衝電壓調節器（轉換器）中，有源元件（通常是場效應晶體管）以脈沖模式工作：控制開關交替打開和關閉，為能量積累元件提供脈衝電源電壓。因此，電流脈衝通過扼流圈（或通過變壓器，具體取決於特定開關穩壓器的拓撲結構）饋送，扼流圈通常充當在負載電路中積累、轉換和釋放能量的元件。

脈衝具有特定的時間參數：它們以特定的頻率跟隨並具有特定的持續時間。這些參數取決於穩定器當前提供的負載大小，因為它是為輸出電容器充電並實際為連接到它的負載供電的平均電感器電流。

在脈衝穩定器的結構中，可以區分三個主要功能單元：開關、儲能裝置和控制電路。前兩個節點組成一個電源部分，與第三個節點一起組成一個完整的電壓轉換電路。有時開關可以與控制電路製作在同一個外殼中。

所以脈沖轉換器的工作是由於關閉和打開而完成的 電子鑰匙... 當開關閉合時，儲能裝置（扼流圈）連接到電源並儲存能量，當它打開時，儲能裝置與電源斷開並立即連接到負載電路，之後能量被轉移到濾波電容和負載。

結果，電壓的某個平均值作用在負載上，這取決於控制脈衝的重複持續時間和頻率。電流取決於負載，其值不得超過該轉換器的允許限值。

脈寬調製與脈寬調製

脈沖轉換器輸出電壓的穩定原理是基於輸出電壓與參考電壓的連續比較，並根據這些電壓的差異，控制電路自動恢復打開和持續時間的比率。開關的閉合狀態（它改變控制脈衝的寬度 脈衝寬度調製 - PWM) 或改變這些脈衝的重複率，保持它們的持續時間不變（通過脈衝頻率調製 — PFM）。輸出電壓通常用電阻分壓器測量。

假設負載下的輸出電壓在某一點下降，變得小於標稱值。在這種情況下，PWM 控制器會自動增加脈衝寬度，即扼流圈中的能量存儲過程會變長，相應地，更多的能量將被傳輸到負載。結果，輸出電壓將恢復到標稱值。

如果穩定性根據 PFM 原理工作，則隨著負載下輸出電壓的降低，脈衝重複率將增加。結果，更多的能量將被轉移到負載，電壓將等於所需的額定值。在這裡應該說，開關閉合狀態的持續時間與其閉合狀態和斷開狀態的持續時間之和的比值就是所謂的佔空比DC。

一般來說，脈沖轉換器有帶電隔離和不帶電隔離兩種。在本文中，我們將研究不帶電隔離的基本電路：升壓、降壓和反相轉換器。式中，Vin為輸入電壓，Vout為輸出電壓，DC為佔空比。

Non-galvanically isolated buck converter-降壓轉換器或降壓轉換器

T 鍵關閉。當開關閉合時，二極管 D 被鎖定，電流流過 風門 L 和兩端的負載 R 開始增加。鑰匙打開。當開關打開時，通過扼流圈和負載的電流雖然會減少，但會繼續流動，因為它不會立即消失，只是現在電路關閉不是通過開關，而是通過已打開的二極管。

開關再次閉合。如果在開關打開期間，通過扼流圈的電流沒有時間下降到零，那麼現在它再次增加。因此，通過扼流圈和負載，它一直起作用 脈動電流 （如果沒有電容器）。電容器消除紋波，使負載電流幾乎恆定。

此類轉換器的輸出電壓始終小於輸入電壓，此處輸入電壓實際上在扼流圈和負載之間分配。其理論值（對於理想轉換器——忽略開關和二極管損耗）可使用以下公式計算：

無電流隔離的升壓轉換器 - 升壓轉換器

開關 T 閉合。當開關閉合時，二極管D閉合，通過電感L的電流開始增加。鑰匙打開。電流繼續流過電感器，但現在流過一個開路二極管，電感器兩端的電壓被加到電源電壓上。負載 R 兩端的恆定電壓由電容器 C 維持。

開關閉合，扼流圈電流再次上升。這種類型的轉換器的輸出電壓總是高於輸入電壓，因為電感兩端的電壓被添加到電源電壓上。可以使用以下公式找到輸出電壓的理論值（對於理想轉換器）：

無電流隔離降壓升壓轉換器的逆變器

開關 T 閉合。扼流圈L儲存能量，二極管D閉合。開關打開——扼流圈為電容器 C 和負載 R 供電。此處的輸出電壓具有負極性。它的值可以通過以下公式找到（對於理想情況）：

與線性穩定器不同，開關穩定器由於有源元件的發熱較少而具有更高的效率，因此需要更小的散熱器面積。開關穩壓器的典型缺點是輸出和輸入電路中存在脈衝噪聲，以及較長的瞬變。