開關穩壓器降壓工作原理是指利用電子開關器件對輸入電壓進行脈沖寬度調制(PWM)或脈沖頻率調制(PFM),通過控制開關的占空比來調節輸出電壓的過程。在降壓(Buck)轉換器中,輸出電壓總是低于輸入電壓。
降壓DC/DC轉換器通過時間上分割直流輸入電壓VIN并使用電感和電容器進行平滑處理,以轉換成所需的直流輸出電壓。
利用脈沖寬度調制(PWM)技術,通過控制開關S1和S2的狀態來調整占空比。當1=ON/S2=OFF時,輸入電壓VIN?對電感充電,此時為高電平狀態,設定為整個脈沖周期的25%;而當S1=OFF/S2=ON時,由于S2連接至地(GND),電感釋放能量,此時為低電平狀態,設為脈沖周期的75%。經過這樣的PWM調制后,得到的脈沖信號平均值為VIN?的25%,即若VIN?=10V,則平均輸出電壓Vo?將為2.5V。
在實際應用中,由于輸出負載電流會變化,為了維持輸出電壓穩定,PWM控制器會根據負載情況動態調整ON時間。當輸出電壓下降時,控制器會增加ON時間,使得更多的能量從輸入傳遞到輸出,從而提升輸出電壓。一旦輸出電壓恢復到設定值,控制器隨即減少ON時間,以阻止輸出電壓繼續上升。
輸出電壓的調節是通過PWM控制器來實現的。PWM控制器根據反饋網絡提供的輸出電壓信息,生成一個固定頻率的方波信號,調節開關元件的導通時間(即占空比)。如果輸出電壓低于設定值,控制器將增加占空比,使開關元件導通時間延長,從而增加電感的儲能和輸出電壓;反之,如果輸出電壓高于設定值,控制器將減小占空比,縮短開關元件的導通時間,減少電感的儲能和輸出電壓。
降壓開關穩壓器通過控制開關元件的導通和關斷,以及調節其占空比,來實現對輸出電壓的調節和穩定。這種轉換器具有高效率、小尺寸和寬輸入電壓范圍等優點,非常適合于需要降壓和高效率電源管理的應用。
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