什么是降压转换器？降压转换器的工作原理

什么是降压转换器？

降压转换器（Buck Converter）也称为降压稳压器或降压模块，是一种电力电子设备，用于将高电压转换为低电压。它的主要作用是将输入电压降低到所需的输出电压，以供给负载使用。降压转换器广泛应用于各种领域，如电子设备、通信设备、汽车电子、工业自动化等。

降压转换器的原理基于电感和开关管的工作原理。通过控制开关管的通断，使电感储存能量，然后通过电容器将能量输出，实现电压的降低。这种转换器也被称为降压开关转换器，因为它是一种电压输出低于电压输入的开关转换器。

降压转换器通常至少包含两个半导体元件（如二极管和晶体管）和一个储能元件（如电容器或电感器）。在输出端和输入端，还可能会加上以电容器为主的滤波器，以降低电压涟波。

降压转换器的工作原理

降压转换器是一种输出电压低于输入电压的开关转换器。也称为降压开关转换器。降压转换器只有四个主要部件。它们分别是开关管（下图中的Q1）、二极管（下图中的D1）、电感器（下图中的L1）和电容滤波器（下图中的C1）。输入电压 VIN 必须高于输出电压 VOUT 才能成为降压转换器。

降压转换器充当电压调节器，但利用 BJT、MOSFET 或 IGBT 等半导体部件的开关动作。 Q1将不断地开关，D1充当续流二极管，L1将充放电能量，而C1将存储能量。降压稳压​​器是一种低损耗稳压器，如果设计得当，效率可达 90% 以上。

降压转换器的电路原理

上图显示了一个非常基本的降压转换器电路。要了解降压转换器的工作原理，我将把电路分为两种情况。晶体管导通时的第一个条件，晶体管关闭时的下一个条件。

1、晶体管开启状态

在这种情况下，我们可以看到二极管处于开路状态，因为它处于反向偏置状态。在这种情况下，一些初始电流将开始流过负载，但电流受到电感器的限制，因此电感器也开始逐渐充电。（关注不迷路-电路一点通）因此，在电路导通期间，电容器会逐个周期地建立充电，并且该电压会反映在负载上。

2、晶体管关闭状态

当晶体管处于关闭状态时，存储在电感器 L1 中的能量会崩溃并通过二极管 D1 流回，如带箭头的电路所示。在这种情况下，电感两端的电压极性相反，因此二极管处于正向偏置状态。现在，由于电感器的磁场坍塌，电流继续流过负载，直到电感器电量耗尽。所有这些都发生在晶体管处于关闭状态时。

在电感几乎耗尽存储能量的一段时间后，负载电压再次开始下降，在这种情况下，电容器C1成为主要电流源，电容器在那里保持电流流动，直到下一个周期开始再次。

现在通过改变开关频率和开关时间，我们可以从降压转换器获得从 0 到 Vin 的任何输出。

降压转换器的工作模式

降压转换器可以在两种不同的模式下运行。连续模式或间断模式。

1、降压转换器的连续模式

在连续模式下，电感器永远不会完全放电，充电周期在电感器部分放电时开始。

在上图中，我们可以看到，当开关导通时，电感电流 (iI) 线性增加，然后当开关断开时，电感开始减小，但开关再次导通，同时电感部分放电。这是连续操作模式。

2、降压转换器不连续模式

不连续模式与连续模式略有不同。在断续模式下，电感器在开始新的充电周期之前完全放电。在开关打开之前，电感器将完全放电至零。

在间断模式下，如上图所示，当开关导通时，电感电流 (il) 线性增加，然后当开关断开时，电感开始减小，但开关仅在电感电流之后才导通。完全放电，电感电流完全为零。这是不连续操作模式。在此操作中，流过电感器的电流不连续。