每个工程师都应该了解的降压-升压转换器

作者：沃伦·米勒，特约作家

降压-升压转换器是一种开关模式电源，可以从高于或低于所需输出电压的源电压提供稳压直流输出。这在电池供电的应用中特别有用，在这些应用中，电池电压开始高于所需输出，但随着电池耗尽而下降。了解降压-升压转换器的基本原理对每位工程师都很有用，因为它们已成为电子系统中如此重要的元素。

顾名思义，降压-升压转换器结合了降压转换器和升压转换器的元件，两者均可使用交流或直流输入电压源工作。降压转换器产生介于 0 V 和略低于输入电压之间的直流输出。一个常见的应用是在通信机箱中，其中输入电压可能高达 48 V，但单个板的电压可能不高于 12 V。降压转换器可能首先将输入电压调节到接近 12 V，然后然后额外的转换器将产生电路板的 MCU、内存或 FPGA 所需的更低电压。通常，一块电路板需要三个或四个不同的电压，因此您可以看到，从高于单个设备所需的电压开始是有利的。

恰当命名的升压转换器可以产生高于输入电压的输出电压。这是通过在将能量存储在电感器中而电容器提供输出的模式与释放存储的能量以便为电容器充电的模式之间切换电路来完成的。当通过电感器的电流被切断时，存储在其磁场中的能量随着磁场的崩溃以高压脉冲的形式释放，产生的电流被发送到电容器以提高输出电压。升压模式下降压-升压转换器的操作如下图所示。

图 1：在升压模式下工作的降压-升压转换器。图片来源： learnabout-electronics.org。

在上图中，控制单元选择开关，使输出电压来自输出电容器，来自输入源的电流通过电感器。在底部图中，控制单元更改开关设置，输入电压 (Vs) 被添加到电感器 (L) 两端的电压，以将电容器充电至高于输入电压的电压并将其提供给输出。

转换器在降压模式下的操作是通过始终关闭 Tr2，然后打开和关闭 Tr1 来完成的。当 Tr1 关闭时，二极管 D1 导通以完成电路并保持电流流向输出。这两种模式如下图所示。

图 2：在降压模式下工作的降压-升压转换器。  图片来源： learnabout-electronics.org。

开关模式电源用于几乎所有电子产品，它们的基本操作对几乎任何工程学科都有帮助，而不仅仅是电子产品。任何对下一级细节感兴趣的人都应该查看learnabout-electronics.org。您还可以查看集成电路制造商网站，了解降压和升压转换器的详细规格。

审核编辑 黄昊宇