DC/DC变换器详解：斩波电路与脉宽调制应用

"本文主要介绍了电源技术中的DC/DC变换器的典型电路结构，特别是降压斩波电路的原理和工作方式。文章提到了脉宽调制（PWM）和脉频调制（PFM）两种常见工作模式，并重点讨论了在高频稳压开关电源设计中普遍采用的PWM方式。此外，还分析了降压式（Buck）DC/DC变换器的电路组成和工作原理，包括电感L和电容C的作用以及输出电压与占空比的关系。" 在电源技术中，DC/DC变换器是用于转换不同直流电压等级的关键器件。基本的斩波电路，也就是降压斩波器，通过控制开关元件的导通和截止时间来调整输出电压。当开关S闭合时，输出电压UOUT等于输入电压UIN，保持时间t1；而当开关断开，输出电压变为0，持续时间t2。工作周期T为t1和t2之和，占空比D定义为t1与T的比例。斩波器可以通过改变占空比D来调节输出电压的平均值，其等效电阻也会随D的变化而改变。 在实际应用中，特别是在高频稳压开关电源的设计中，通常采用脉宽调制方式，因为它可以更精确地控制输出电压，且相对于脉频调制，PWM方式产生的谐波干扰较小，滤波器设计相对简单。脉宽调制是通过保持开关周期T恒定，改变开关导通时间t1来调整占空比D，从而改变输出电压。 降压式（Buck）DC/DC变换器是一种常用的变换器结构，它利用电感L和电容C来减小输出纹波。当晶体管VT1导通时，电感电流线性上升；当晶体管截止，电感电流通过续流二极管VD1维持，以保证电流连续性。输出电压UOUT的平均值总是小于输入电压UIN，其大小受开关导通时间、电感值和电容值的影响。 降压变换器的工作状态可分为电感电流连续和不连续两种情况。在高频率下，如果电感和电容足够大，可以认为输出电压是稳定的。电感电流的变化Δion等于输出电流最大值iOUT(max)与最小值iOUT(min)之差乘以晶体管的导通时间ton。 DC/DC变换器，尤其是降压斩波器，是电力电子领域中的重要组成部分，它们在电源管理、电池供电系统、通信设备等领域有着广泛的应用。通过深入理解这些基本电路结构和工作原理，能更好地设计和优化电源系统，提高效率和稳定性。